論文の概要: Work-minimizing protocols in driven-dissipative quantum systems: An impulse-ansatz approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.15084v1
- Date: Wed, 19 Nov 2025 03:49:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-20 15:51:28.622493
- Title: Work-minimizing protocols in driven-dissipative quantum systems: An impulse-ansatz approach
- Title（参考訳）: 駆動散逸量子システムにおけるワーク最小化プロトコル:インパルス・アンザッツアプローチ
- Authors: Masaaki Tokieda,
- Abstract要約: 本研究では,高調波オシレータ浴に結合した代表的2レベルシステムに対する最小限の作業プロトコルについて検討する。
インパルスのような特徴は、量子的、非マルコフ的状態において、短時間でほぼ最適である。
- 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 second law of thermodynamics sets a lower bound on the work required to drive a system between thermal equilibrium states, with equality attained in the quasistatic limit. For finite-time processes, part of the extractable work is inevitably dissipated, motivating the search for driving protocols that minimize the work. While classical stochastic systems have been extensively explored, quantum analyses remain limited and often rely on Markovian master equations valid only in the weak-coupling regime. Here, we study minimal work protocols for representative two-level systems coupled to a harmonic-oscillator bath using a numerically exact method. Inspired by known optimal solutions for Brownian oscillators, we introduce an impulse ansatz that incorporates possible boundary impulses and test it across a wide range of bath parameters. We find that impulse-like features remain nearly optimal in the quantum, non-Markovian regime, at short times. We also identify cases in which the widely used Markovian master equation fails even at weak coupling, underscoring the need for fully quantum approaches to finite-time thermodynamic optimization.
- Abstract（参考訳）: 熱力学の第2法則は、熱平衡状態の間の系を動かすのに必要な仕事の限界を低く設定する。
有限時間プロセスでは、抽出可能な作業の一部が必然的に散逸し、作業を最小限に抑える駆動プロトコルの探索を動機付けている。
古典的確率系は広く研究されているが、量子解析は限定的であり、しばしば弱結合状態においてのみ有効であるマルコフのマスター方程式に依存する。
そこで本研究では,高調波オシレータバスに結合した2レベル代表系の最小作業プロトコルについて,数値的精度で検討する。
ブラウン振動子に対する既知の最適解にインスパイアされ、可能な境界インパルスを組み込んだインパルスアンサッツを導入し、幅広い入浴パラメータでテストする。
インパルスのような特徴は、量子的、非マルコフ的状態において、短時間でほぼ最適である。
また、広く使われているマルコフのマスター方程式が弱いカップリングでも失敗し、有限時間熱力学最適化に対する完全な量子的アプローチの必要性を裏付ける。
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