論文の概要: Lindbladian approach for many-qubit thermal machines: enhancing the performance with geometric heat pumping by entanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.16591v1
• Date: Thu, 20 Nov 2025 17:44:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-21 17:08:52.769581
• Title: Lindbladian approach for many-qubit thermal machines: enhancing the performance with geometric heat pumping by entanglement
• Title（参考訳）: 多ビット熱機械のリンドブラディアンアプローチ:絡み合いによる幾何式ヒートポンプによる性能向上
• Authors: Gerónimo J. Caselli, Luis O. Manuel, Liliana Arrachea,
• Abstract要約: 本稿では、相互作用量子ビットに基づくゆっくり駆動された量子熱機械の詳細な解析を行う。 本研究では, 駆動力の作業速度, 貯水池と交換される熱電流, エントロピー生成速度を2次まで明らかに表現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a detailed analysis of slowly driven quantum thermal machines based on interacting qubits within the framework of the Lindblad master equation. By implementing a systematic expansion in the driving rate, we derive explicit expressions for the rate of work of the driving forces, the heat currents exchanged with the reservoirs, and the entropy production up to second order, ensuring full thermodynamic consistency in the linear-response regime. The formalism naturally separates geometric and dissipative contributions, identified by a Berry curvature and a metric in parameter space, respectively. Analytical results show that the geometric heat pumped per cycle is bounded by $k_B T N_q \ln 2$ for $N_q$ non-interacting qubits, in direct analogy with the Landauer limit for entropy change. This bound can be surpassed when qubit interactions and asymmetric couplings to the baths are introduced. Numerical results for the interacting two-qubit system reveal a non-trivial role of the interaction between qubits and the coupling between the qubits and the baths in the behavior of the dissipated power. The approach provides a general platform for studying dissipation, pumping, and performance optimization in driven quantum devices operating as heat engines.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、リンドブラッドマスター方程式の枠組み内での相互作用量子ビットに基づく、ゆっくりと駆動された量子熱機械の詳細な解析を行う。 駆動速度を体系的に拡張することにより, 駆動力の作業速度, 貯水池と交換される熱電流, エントロピー生成を2次に拡張し, 線形応答系における完全な熱力学的整合性を確保する。 形式主義は、それぞれパラメータ空間におけるベリー曲率と計量によって識別される幾何学的および散逸的寄与を自然に分離する。 解析結果は, エントロピー変化に対するランダウアー極限と直接的に類似して, 1サイクル当たりの幾何熱が$k_B T N_q \ln 2$ for $N_q$非相互作用量子ビットによって束縛されることを示した。 この境界は、クォービット相互作用と浴槽への非対称結合が導入されたときに超える。 相互作用する2量子ビット系の数値計算結果から, 量子ビット間の相互作用と, 量子ビットと浴槽間のカップリングが, 消散電力の挙動に果たす非自明な役割が明らかとなった。 このアプローチは、熱エンジンとして動作する駆動量子デバイスにおける散逸、ポンプ、性能最適化を研究するための一般的なプラットフォームを提供する。

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