論文の概要: Universal principles for sudden-quench quantum Otto engines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.21933v1
- Date: Wed, 28 May 2025 03:38:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-29 17:35:50.395694
- Title: Universal principles for sudden-quench quantum Otto engines
- Title（参考訳）: 急冷量子オットーエンジンの普遍原理
- Authors: R. S. Watson, K. V. Kheruntsyan,
- Abstract要約: この研究は、相互作用駆動オットーサイクルの最近の結果を拡張して、多体相互作用量子モデルを一般化する。
このようなエンジンサイクルのネット作業は完全に粒子間相関によって決定されることを示す。
次に、相互作用駆動型量子オットーエンジンサイクルの解析を任意の量子作用素の強みに対して制御を行うシステムに拡張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We apply a simple sudden quench approximation for the unitary work strokes of a quantum Otto engine in order to provide a general analysis of its performance, applicable to arbitrary quantum models with two-body interactions. This work extends recent results for an interaction-driven Otto cycle to generic many-body interacting quantum models, providing universal bounds on their operation efficiency. From this, we demonstrate that the net work of such an engine cycle is determined entirely by interparticle correlations. Applications are demonstrated for a handful of paradigmatic many-body quantum models, including a novel engine -- with a spin-1/2 Fermi gas with contact two-body interactions as its working medium -- in which we leverage control over spin polarization to greatly enhance its performance compared to the unpolarized case. We then extend the analysis of interaction-driven quantum Otto engine cycles to systems where control is exerted over the strength of arbitrary quantum operators that might be present in the system Hamiltonian (such as one-body, or three-body, etc.), finding that the general principles derived for the sudden quench with two-body interactions apply universally. As an example, this is demonstrated for a conventional volumetric Otto cycle, where beneficial net work is generated by leveraging the control over the frequency of an external trap, which is a one-body operator. However, we emphasize that the results derived here apply universally to all Otto engine cycles operating under a sudden quench protocol.
- Abstract（参考訳）: 量子オットーエンジンのユニタリワークストロークに対して、簡単な急激なクエンチ近似を適用し、その性能を2体相互作用を持つ任意の量子モデルに適用する。
この研究は、相互作用駆動オットーサイクルの最近の結果を拡張して、多体相互作用量子モデルを一般化し、その演算効率に普遍的な境界を与える。
この結果から,このようなエンジンサイクルのネットワークが粒子間相関によって完全に決定されることを示した。
スピン-1/2フェルミガスと接触する2体相互作用を作用媒体とする新しいエンジンを含む、いくつかのパラダイム的な多体量子モデルに対して、スピン偏極の制御を活用して、非偏極の場合と比較してその性能を大幅に向上させる応用が実証されている。
次に、相互作用駆動の量子オットーエンジンサイクルの解析を、ハミルトニアン系(一体、三体など)に存在する可能性のある任意の量子作用素の強みに対して制御を行うシステムにまで拡張し、突然のクエンチと二体相互作用を結び付ける一般的な原理が普遍的に適用されることを発見した。
例えば、これは1体の演算子である外部トラップの周波数の制御を利用して、有益なネット作業が生成される従来のボリュームオットーサイクルに対して実証される。
しかし、この結果が突然のクエンチプロトコルの下で動作しているオットーエンジンサイクルすべてに普遍的に適用されることを強調する。
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