論文の概要: Quantum walks as a tool to design robust quantum batteries: the role of topology and chirality

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.19823v1
• Date: Wed, 22 Oct 2025 17:59:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:16.318012
• Title: Quantum walks as a tool to design robust quantum batteries: the role of topology and chirality
• Title（参考訳）: 量子電池のデザインツールとしての量子ウォーク : トポロジーとキラリティの役割
• Authors: Simone Cavazzoni, Giovanni Ragazzi, Paolo Bordone, Matteo G. A. Paris,
• Abstract要約: 我々は、電池のトポロジーとハミルトンのキラリティーがエネルギー貯蔵ユニットとしての性能にどのように影響するかを量子ウォークの定式化を用いて調べる。 以上の結果から, これらの構造は, カイラリティとトポロジーの相互作用によって, 作業抽出を最適化するための調整可能なメカニズムを提供する, 異なるエルゴトロピースケーリングを示すことが示された。
• 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: The maximum work that can be extracted from a quantum battery is bounded by the ergotropy of the system, which is determined by the spectral properties of the Hamiltonian. In this paper, we employ the formalism of quantum walks to investigate how the topology of the battery and the chirality of the Hamiltonian influence its performance as an energy storage unit. We analyze architectures of battery cells based on ring, complete, and wheel graph structures and analyze their behavior in the presence of noise. Our results show that these structures exhibit distinct ergotropy scaling, with the interplay between chirality and topology providing a tunable mechanism to optimize work extraction and enhance robustness against decoherence. In particular, chirality enhances ergotropy for complete quantum cells, without altering the linear scaling with size, whereas in ring cells, it bridges the performance gap between configurations with odd and even number of units. Additionaly, chirality may be exploited to force degeneracies in the Hamiltonian, a condition that can spare the ergotropy to vanish in the presence of pure dephasing. We conclude that topology and chirality are key resources for improving ergotropy, offering guidelines to optimize quantum energy devices and protocols.
• Abstract（参考訳）: 量子電池から抽出できる最大の作業は系のエルゴトロピーによって境界付けられ、ハミルトニアンのスペクトル特性によって決定される。 本稿では,バッテリのトポロジとハミルトニアンのキラリティーがエネルギー貯蔵ユニットとしての性能にどのように影響するかを,量子ウォークの定式化を用いて検討する。 本研究では, リング, 完全, ホイールグラフ構造に基づく電池セルのアーキテクチャを解析し, ノイズの存在下での挙動を解析する。 以上の結果から, これらの構造は, キラリティとトポロジーの相互作用により, 作業抽出を最適化し, 脱コヒーレンスに対する堅牢性を高めるための調整可能なメカニズムが得られた。 特に、キラル性は完全な量子セルのエルゴトロピーを増大させるが、環セルでは奇数と偶数単位の配置間の性能ギャップを橋渡しする。 さらに、キラリティーは、純粋な嫌悪の存在下でエルゴトロピーが消えるのを免れる条件であるハミルトニアンにおける退化を強制するために利用することができる。 我々は、トポロジとキラリティがエルゴトロピーを改善するための重要なリソースであり、量子エネルギーデバイスとプロトコルを最適化するためのガイドラインを提供すると結論付けた。

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