論文の概要: Enhancing work-extraction in quantum batteries via correlated reservoirs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.25109v1
- Date: Mon, 29 Sep 2025 17:39:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-30 22:32:20.17282
- Title: Enhancing work-extraction in quantum batteries via correlated reservoirs
- Title（参考訳）: 相関型貯水池による量子電池の作業抽出の促進
- Authors: Sejal Ahuja, Tanoy Kanti Konar, Aditi Sen De,
- Abstract要約: 局所的および空間的に相関した貯水池は、量子電池の作業抽出に影響を及ぼす。
量子電池の性能向上を支える重要なリソースとしてのコヒーレンス。
さらに、電池の力学が長距離相互作用を持つ実効ハミルトニアンによって支配されるとき、短距離相互作用よりも高いエルゴトロピーが得られることを明らかにした。
- 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: Going beyond isolated system dynamics, we examine how local and spatially correlated reservoirs influence the work extraction in quantum batteries. By employing a one-dimensional spin-1/2 model coupled to baths via dephasing and amplitude-damping noise, we demonstrate that correlations in reservoirs can significantly enhance battery's performance compared to local noise. In the dephasing scenario, we prove that correlated reservoirs produce a finite amount of extractable work, or ergotropy, during the transient regime when a two-cell battery is initialized in a product state while local noise yields vanishing ergotropy at all times, despite nonvanishing stored energy in both cases. Numerical simulations confirm that this advantage persists across larger system sizes and for both entangled and product initial states. We also find that the dynamics of quantum coherence closely mirror those of ergotropy, highlighting coherence as a key resource underlying the enhanced performance of quantum batteries. Further, we observe that the fraction of stored energy extracted from quantum batteries displays a sharper contrast between the correlated and local reservoirs. Moreover, for dephasing noise, this fraction remains independent of system size, whereas in the amplitude damping case, it exhibits a clear system-size dependence within the transient regime, highlighting distinct operational behaviors under different noise models. In addition, we reveal that when the battery dynamics is governed by an effective Hamiltonian with long-range interactions, it yields higher ergotropy compared to short-range interactions, emphasizing the advantages of reservoir engineering for efficient device design.
- Abstract（参考訳）: 分離されたシステムダイナミクスを超えて、局所的および空間的に相関した貯水池が量子電池の作業抽出にどのように影響するかを検討する。
劣化音と振幅減衰音によって浴槽に結合した1次元スピン-1/2モデルを用いることで, 貯水池内の相関が局所騒音と比較してバッテリ性能を著しく向上させることができることを示した。
その結果,2セル電池を製品状態に初期化した場合,局所雑音が常にエゴトロピーを消失させるが,いずれの場合も保存エネルギーが無くなった場合に,相関型貯水池が有限量の抽出可能作業(エルゴトロピー)を生じることが証明された。
数値シミュレーションにより、この利点はより大きなシステムサイズと、絡み合った状態と製品の初期状態の両方に持続することを確認した。
また、量子コヒーレンスの力学はエルゴトロピーの力学を密接に反映し、コヒーレンスを量子電池の性能向上の根底にある重要な資源として強調する。
さらに, 量子電池から抽出した蓄電エネルギーの分画は, 相関した貯留層と局所的な貯留層との間により鋭いコントラストを示す。
さらに, ノイズを劣化させる場合, この分画はシステムサイズに依存しないが, 振幅減衰の場合, 過渡的モード内では明らかなシステムサイズ依存性を示し, 異なるノイズモデルの下での異なる動作挙動を強調している。
さらに,バッテリダイナミクスが長距離相互作用を持つ実効ハミルトニアンによって支配される場合,短距離相互作用よりも高いエルゴトロピーが得られ,効率的なデバイス設計のための貯水池工学の利点が強調される。
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