論文の概要: Work extraction from long-lived quantum coherence of a three-level system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.02614v1
- Date: Mon, 04 Aug 2025 17:03:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-05 18:25:22.445329
- Title: Work extraction from long-lived quantum coherence of a three-level system
- Title（参考訳）: 3レベル系の長寿命量子コヒーレンスからの作業抽出
- Authors: Wenjing Chen, Si-Wei Han, Xiaoshan Feng, Jun Feng,
- Abstract要約: 3レベル量子系の長寿命量子コヒーレンスを用いて作業抽出プロトコルを解析する。
量子コヒーレンスは集団非対称性に変換され,作業抽出のための量子資源として機能することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6510995710700602
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We analyze work extraction protocols using the long-lived quantum coherence of a three-level quantum system, which is coupled to a thermal bath through dipole-monopole interactions. We identify situations where persistent quantum coherence arises, i.e., for systems with degenerate excited states with aligned transition dipoles or nearly degenerate systems with small energy splittings. By designing two innovative thermodynamic protocols involving energy-preserving unitary operations, we show that quantum coherence can be transformed into population asymmetry, serving as a quantum resource for work extraction. As the system approaches final thermal equilibrium, the initial quantum coherence effectively acts as fuel, being progressively consumed. Specifically, we propose an optimized protocol capable of extracting the maximal extractable work (MEW), measured by the free energy difference (FED), from quantum coherence in a single-shot thermodynamic cycle. Our results highlight the thermodynamic advantages of long-lived coherence in a three-level quantum system and could influence future designs of coherence-driven quantum thermal machines.
- Abstract（参考訳）: 双極子-モノポール相互作用により熱浴に結合した3レベル量子系の長寿命量子コヒーレンスを用いて作業抽出プロトコルを解析する。
我々は、連続した遷移双極子を持つ退化励起状態の系や、小さなエネルギー分割を持つほぼ退化状態の系に対して、永続的な量子コヒーレンスが発生する状況を特定する。
エネルギー保存ユニタリ演算を含む2つの革新的な熱力学プロトコルを設計することにより、量子コヒーレンスを集団非対称性に変換することができ、作業抽出のための量子リソースとして機能することを示す。
システムが最終熱平衡に近づくと、初期量子コヒーレンスは燃料として効果的に働き、徐々に消費される。
具体的には、単一ショット熱力学サイクルにおける量子コヒーレンスから、自由エネルギー差(FED)によって測定された最大抽出可能作業(MEW)を抽出できる最適化されたプロトコルを提案する。
本結果は,3レベル量子系における長寿命コヒーレンスの熱力学的利点を強調し,コヒーレンス駆動型量子熱機械の設計に影響を及ぼす可能性がある。
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