論文の概要: Fluctuation in energy extraction from quantum batteries: How open should the system be to control it?

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.16851v1
• Date: Thu, 22 May 2025 16:12:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-23 17:12:48.443676
• Title: Fluctuation in energy extraction from quantum batteries: How open should the system be to control it?
• Title（参考訳）: 量子電池からのエネルギー抽出におけるゆらぎ : システムはどの程度オープンに制御すべきか?
• Authors: Anindita Sarkar, Paranjoy Chaki, Priya Ghosh, Ujjwal Sen,
• Abstract要約: これら3つのプロセスクラスが、固定された量子電池から抽出可能な平均エネルギーを得ることを示す。 オープンシステムは、固定量子電池の変動を制御するのに優れている。 非単位の物理的実現可能な写像を実装するために使用される補助系が次元$n$まで制限されると、CPTP写像に対して1/n$の抽出可能エネルギースケールの変動が1/n$となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We ask whether there exists a relation between controllability of the fluctuations in extractable energy of a quantum battery and (a) how open an arbitrary but fixed battery system is and (b) how large the battery is. We examine three classes of quantum processes for the energy extraction: unitary operations, completely positive trace-preserving (CPTP) maps, and arbitrary quantum maps, including physically realizable non-CPTP maps. We show that all three process classes yield the same average extractable energy from a fixed quantum battery. Moreover, open systems are better at controlling fluctuations in fixed quantum batteries: while random unitary operations result in nonzero fluctuation in the extractable energy, the remaining two classes lead to vanishing fluctuations in extractable energy. Furthermore, when the auxiliary system used to implement the non-unitary physically realizable maps is restricted up to a dimension $n$, fluctuation in extractable energy scales as $1/n$ for CPTP maps, outperforming the $\ln{n}/n$ scaling observed for general quantum maps. Even within open dynamics, therefore, energy extraction via random CPTP maps exhibits greater resilience to fluctuation compared to processes based on arbitrary quantum maps. We subsequently obtain that fluctuations in extractable energy scale as the inverse of the battery's dimension for all three process classes. Unitary maps, therefore, perform - in the sense of as low fluctuation as possible - equally well as more resource-intensive open maps, provided we have access to large quantum batteries. The results underscore a fundamental trade-off between performance of a battery and the resource cost of implementing the extraction processes.
• Abstract（参考訳）: 量子電池の抽出可能エネルギーにおける揺らぎの制御可能性と,その関連性について質問する。 (a)任意の固定電池の開封方法 (b)バッテリーの大きさ。 エネルギー抽出のための量子プロセスの3つのクラスについて検討する: ユニタリ演算、完全正のトレース保存(CPTP)マップ、および物理的に実現可能な非CPTPマップを含む任意の量子マップ。 これら3つのプロセスクラスが、固定された量子電池から抽出可能な平均エネルギーを得ることを示す。 さらに、オープンシステムは固定量子電池のゆらぎを制御するのに優れており、ランダムなユニタリ演算は抽出可能エネルギーのゼロではないゆらぎをもたらすが、残りの2つのクラスは抽出可能エネルギーのゆらぎを消滅させる。 さらに、単位でない物理的実現可能な写像を実装するために使用される補助系が次元$n$に制限されると、CPTP写像の抽出可能なエネルギースケールの変動は1/n$となり、一般量子写像で観測される$\ln{n}/n$のスケーリングよりも優れる。 したがって、オープンダイナミックス内においても、ランダムCPTP写像によるエネルギー抽出は任意の量子写像に基づくプロセスと比較して、揺らぎに対する抵抗性が高い。 その後,3つのプロセスクラスの電池寸法の逆転として,抽出可能なエネルギースケールのゆらぎが得られた。 従ってユニタリマップは、大きな量子電池にアクセスできれば、可能な限り低いゆらぎという意味で、リソース集約的なオープンマップと同等に機能する。 その結果、バッテリの性能と、抽出プロセスを実装するためのリソースコストとの根本的なトレードオフが浮き彫りになった。

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