論文の概要: Mpemba effect in self-contained quantum refrigerators: accelerated cooling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.15811v1
- Date: Mon, 21 Jul 2025 17:16:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-22 20:51:32.502349
- Title: Mpemba effect in self-contained quantum refrigerators: accelerated cooling
- Title（参考訳）: 自己完結型量子冷凍機におけるMpemba効果:加速冷却
- Authors: Sayan Mondal, Ujjwal Sen,
- Abstract要約: 自己完結型量子冷蔵庫の量子ビット量子モデルについて考察する。
冷却における量子Mpemba効果を観察する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9208007322096533
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We consider the qubit-qutrit model of self-contained quantum refrigerator and observe the quantum Mpemba effect in its cooling. In this system, the qutrit acts as the refrigerator while the qubit is to be cooled. The entire system is coupled to three bosonic heat baths, due to which the dynamics of the system is governed by a Gorini-Kossakoswski-Sudarshan-Lindblad master equation. We investigate the Liouvillian that generates the dynamics of the system and find that it has a block diagonal form. The dynamics of each element of the system's density matrix can be determined by solving the dynamical equation of the corresponding block that contains it. We find that the steady state belongs to the block containing only the diagonal elements in the energy basis. We numerically solve for the steady state and investigate the steady-state cooling over a significant region of the parameter space. Moreover, we demonstrate the quantum Mpemba effect in the refrigerator: a Mpemba state obtained by applying a unitary on the equilibrium state of the system reaches the steady state faster than the equilibrium state, despite the Mpemba state being initially farther away from the steady state. The Mpemba state thus leads to an acceleration in cooling of the cold qubit. We also find that both local and global unitaries on the qubit-qutrit system can generate the Mpemba state. Finally, we study the effect of the qubit-qutrit couplings and the system-bath couplings on the Mpemba effect.
- Abstract（参考訳）: 我々は、自己完結型量子冷蔵庫の量子ビット量子モデルを検討し、その冷却における量子Mpemba効果を観察する。
このシステムでは、クビットを冷却する間、クビットが冷蔵庫として機能する。
システム全体が3つのボソニック熱浴と結合しているため、システムの力学はゴリーニ=コッサコスクスキ=スダルシャン=リンドブラッドのマスター方程式によって制御される。
系の力学を生成するリウヴィリアンについて検討し、ブロック対角形が存在することを確認する。
系の密度行列の各要素の力学は、それを含む対応するブロックの動的方程式を解くことで決定できる。
定常状態はエネルギー基底における対角要素のみを含むブロックに属する。
定常状態の数値解法とパラメータ空間の有意な領域における定常状態の冷却について検討する。
さらに, 系の平衡状態にユニタリを適用したMpemba状態は, 当初のMpemba状態が安定状態から遠く離れているにもかかわらず, 平衡状態よりも早く安定状態に達することを示した。
したがって、Mpemba状態は冷量子ビットの冷却の加速につながる。
また、qubit-qutritシステム上の局所的および大域的ユニタリは、Mpemba状態を生成することができる。
最後に,Mpemba効果に対するqubit-qutrit結合とsystem-bath結合の効果について検討した。
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