論文の概要: A Pseudo-Hermitian Hybrid Model at Finite Temperature: The Role of the Exceptional Points

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.08773v1
• Date: Thu, 09 Oct 2025 19:44:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 00:38:47.687262
• Title: A Pseudo-Hermitian Hybrid Model at Finite Temperature: The Role of the Exceptional Points
• Title（参考訳）: 有限温度における擬エルミートハイブリッドモデル:例外点の役割
• Authors: Ignacio Fushimi, Marta Reboiro,
• Abstract要約: 超伝導フラックス量子ビットと有限温度で相互作用するダイヤモンド中の窒素空孔中心の集合体によって形成されるハイブリッドシステムについて検討した。 この系における不純物の存在は擬エルミート的ハミルトニアンによってモデル化される。 系の正確なグランドパーティション関数を構築し,そこから熱力学量の導出を行う。
• 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 study a hybrid system formed by an ensemble of colour nitrogen-vacancy centres in diamond interacting with a superconducting flux-qubit at finite temperature. The presence of impurities in the system is modelled through pseudo-hermitian Hamiltonian, by introducing an asymmetry parameter in the interaction between the superconducting flux qubit and the ensemble of colour nitrogen-vacancy centres in diamond. We construct the exact grand partition function of the system, and from it we derive the thermodynamic quantities, e.g. entropy, internal energy, and Helmholtz free energy. In the broken symmetry phase, we observe the existence of zeros in the partition function. This zeros are related to the existence of complex-pair-conjugate eigenvalues with real part lying among the low levels of energy. In line with the Yang Lee framework, these zeros in the complex plane signal phase transitions, and the proposed hybrid model exhibits transitions of first-order. To account for metastable regions in parameter space, we perform a Maxwell construction and a spinodal-decomposition analysis. We determine the critical temperature at which the first zero of the partition-function appears, as a function of the asymmetry parameter and the coupling constant of the interaction between the ensemble of colour nitrogen-vacancy centres in diamond and the superconducting flux-qubit. We also design a Carnot cycle that traverses Exceptional Points in the broken symmetry phase for temperatures above the critical value, achieving the same efficiency as the classical Carnot cycle. Furthermore, we implement a Stirling cycle whose efficiency surpasses its classical counterpart, particularly when operating near Exceptional Points. Finally, we outline how the model can be scaled to larger Hilbert-space dimensions beyond the minimal setting used to capture the essential physics.
• Abstract（参考訳）: 超伝導フラックス量子ビットと有限温度で相互作用するダイヤモンド中の窒素空孔中心の集合体によって形成されるハイブリッドシステムについて検討した。 系の不純物の存在は、超伝導フラックス量子ビットとダイヤモンド中の色の窒素空孔中心のアンサンブルの間の相互作用における非対称性パラメータを導入することで、擬ヘルミタン・ハミルトニアンによってモデル化される。 系の正確なグランドパーティション関数を構築し、そこから熱力学量、egエントロピー、内部エネルギー、ヘルムホルツ自由エネルギーを導出する。 分裂対称性の位相において、分配関数における零点の存在を観察する。 このゼロは複素対共役固有値の存在と関連している。 ヤン・リーの枠組みに従って、これらのゼロは複素平面信号相転移であり、提案したハイブリッドモデルは一階の遷移を示す。 パラメータ空間における準安定領域を考慮し、マクスウェル構成とスピノダル分解解析を行う。 分割関数の第一零点が現れる臨界温度は, ダイヤモンド中の色窒素空孔中心のアンサンブルと超伝導フラックス量子ビットとの相互作用の非対称性パラメータと結合定数の関数として決定する。 また, 臨界値以上の温度で例外点を横切るカルノットサイクルを設計し, 古典カルノットサイクルと同じ効率を達成する。 さらに、特に例外点付近の操作において、その効率が古典的よりも優れているスターリングサイクルを実装している。 最後に、このモデルがどのようにしてヒルベルト空間次元にスケールできるのかを、本質的な物理学を捉えるために使われる最小限の設定を超えて概説する。

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