論文の概要: Cavity magnomechanical framework for a high-efficiency quantum battery

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.18440v1
• Date: Sun, 23 Nov 2025 13:23:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-25 18:34:24.843347
• Title: Cavity magnomechanical framework for a high-efficiency quantum battery
• Title（参考訳）: 高効率量子電池用キャビティマグメカニカルフレームワーク
• Authors: S. K. Singh, Ahmed A. Zahia, Jia-Xin Peng, M. Y. Abd-Rabboud,
• Abstract要約: 2つの同一の2レベル原子がキャビティ-磁気力学系によって充電される量子電池アーキテクチャについて検討する。 我々は、重要なパフォーマンス指標を強化するために、強い共鳴光-物質相互作用が不可欠であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.23204268908909578
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We theoretically investigate a quantum battery architecture where two identical two-level atoms are charged by a cavity-magnomechanical system, which includes a microwave cavity, a magnon mode hosted in a YIG sphere, and phonon mode due to the deformation of the YIG sphere. The charging process relies on coherent energy exchange, where the atoms couple to the cavity, which in turn, it interacts with the magnon mode via a beam-splitter mechanism. By deriving the system Hamiltonian under the rotating-wave approximation and employing a Lindblad master equation to rigorously model dissipation, we analyze the complete dynamical evolution of the battery. Our study demonstrates that strong, resonant light-matter interactions are crucial for enhancing the key performance metrics: charging efficiency, stored energy, and ergotropy (extractable work). We systematically investigate the deleterious effects of detuning and decoherence, and critically, we uncover a non-trivial interplay between the system's coupling strengths. This reveals optimal operating regimes where constructive interference maximizes performance, while excessive coupling in specific channels can degrade it. Ultimately, our findings provide a quantitative framework for engineering high-efficiency quantum batteries in hybrid magnonic platforms, offering a design roadmap for future experimental realizations.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、マイクロ波空洞、YIG球にホストされるマグノンモード、YIG球の変形によるフォノンモードを含むキャビティ-磁気力学系により、2つの同一の2層原子が充電される量子電池アーキテクチャを理論的に検討する。 充電過程はコヒーレントエネルギー交換に依存し、そこで原子はキャビティに結合し、ビームスプリッター機構を介してマグノンモードと相互作用する。 回転波近似の下でハミルトニアン系を導出し、リンドブラッドマスター方程式を用いて散逸を厳密にモデル化することにより、電池の完全な動的進化を解析する。 我々の研究は、充電効率、蓄えられたエネルギー、エルゴトロピー(抽出可能な仕事)といった重要なパフォーマンス指標を強化するために、強い共鳴光-物質相互作用が重要であることを示した。 我々は,デチューニングとデコヒーレンスによる有害な効果を系統的に検討し,システム間の結合強度の非自明な相互作用を明らかにする。 このことは、建設的干渉が性能を最大化する最適な運用体制を明らかにし、特定のチャネルにおける過剰な結合はそれを劣化させる可能性がある。 最終的に、我々の研究結果は、ハイブリッドマグノンプラットフォームにおける高効率量子電池のエンジニアリングのための定量的フレームワークを提供し、将来の実験実現のための設計ロードマップを提供する。

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