論文の概要: Reservoir-Engineered Exceptional Points for Quantum Energy Storage
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.20569v1
- Date: Tue, 25 Nov 2025 18:04:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-26 17:37:04.59788
- Title: Reservoir-Engineered Exceptional Points for Quantum Energy Storage
- Title（参考訳）: 貯留層を利用した量子エネルギー貯蔵のための例外点
- Authors: Borhan Ahmadi, André H. A. Malavazi, Paweł Mazurek, Paweł Horodecki, Shabir Barzanjeh,
- Abstract要約: 我々は、完全に受動的で物理的に一貫したオープン量子システムにおいて、例外点物理学を実現する量子エネルギー保存機構を導入する。
この機構は、光学デバイス、超伝導回路、マグノンシステムと互換性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Exceptional points are spectral singularities where both eigenvalues and eigenvectors collapse onto a single mode, causing the system behavior to shift abruptly and making it highly responsive to even small perturbations. Although widely studied in optical and quantum systems, using them for energy storage in quantum systems has been difficult because existing approaches rely on gain, precise balanced loss, or explicitly non-Hermitian Hamiltonians. Here we introduce a quantum energy-storage mechanism that realizes exceptional-point physics in a fully passive, physically consistent open quantum system. Instead of amplification, we use trace-preserving reservoir engineering to create an effective complex interaction between a charging mode and a storage mode through a dissipative mediator, generating an exceptional point directly in the drift matrix of the Heisenberg-Langevin equations while preserving complete positivity. The resulting dynamics exhibit two regimes: a stable phase where the stored energy saturates, and a broken phase where energy grows exponentially under a bounded coherent drive. This rapid charging arises from dissipative interference that greatly boosts energy flow between the modes without gain media or nonlinear amplification. The mechanism is compatible with optomechanical devices, superconducting circuits, and magnonic systems, offering a practical route to fast, robust, and scalable quantum energy-storage technologies and new directions in quantum thermodynamics.
- Abstract（参考訳）: 例外点(英: Exceptional points)とは、固有値と固有ベクトルの両方が単一のモードに崩壊するスペクトル特異点である。
光学系や量子系では広く研究されているが、既存のアプローチでは利得、正確なバランスの取れた損失、あるいは明示的に非エルミートハミルトニアンに依存するため、量子系のエネルギー貯蔵に利用することは困難である。
ここでは、完全に受動的で物理的に一貫したオープン量子システムにおいて、例外点物理学を実現する量子エネルギー保存機構を紹介する。
増幅の代わりにトレース保存貯水池工学を用いて、電荷モードと蓄電モードの間の効果的な複雑な相互作用を消散媒質を通して生成し、完全正の保存をしながらハイゼンベルク・ランゲヴィン方程式のドリフト行列に直接例外的な点を生成する。
結果として生じるダイナミクスは、保存されたエネルギーが飽和する安定相と、境界コヒーレントな駆動の下でエネルギーが指数関数的に成長する破壊相の2つの状態を示す。
この急速充電は、媒体や非線形増幅を得ずにモード間のエネルギーフローを大幅に向上させる散逸干渉によって生じる。
この機構は、光学デバイス、超伝導回路、マグノンシステムと互換性があり、高速で堅牢でスケーラブルな量子エネルギー貯蔵技術への実用的な経路と量子熱力学の新しい方向を提供する。
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