論文の概要: Ergotropy in Quantum Batteries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21855v1
• Date: Fri, 26 Dec 2025 04:35:36 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-29 12:04:29.738295
• Title: Ergotropy in Quantum Batteries
• Title（参考訳）: 量子電池のエルゴトロピー
• Authors: Cheng-Jie Wang, Fu-Quan Dou,
• Abstract要約: 量子バッテリー(QB)の性能において、エルゴトロピーは重要な役割を担っている。 本稿では,一般QBモデルのエルゴトロピーについて検討し,エネルギー準位集団の変動と逆転に伴う帯電過程について考察する。 我々の研究は、エルゴトロピーと充電効率を最適化するための厳格な枠組みを確立し、高性能な量子エネルギー貯蔵装置への道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.639104338064804
• License:
• Abstract: Ergotropy--a key figure of merit for quantum battery (QB) performance--plays a crucial role. However, the dynamics and physical mechanisms governing ergotropy evolution remain open challenges. Here, we investigate the ergotropy of a general QB model and find that the charging process is accompanied by the variation and inversion of the energy level populations. In the absence of population inversion, the ergotropy is fully consistent with coherent ergotropy; in local and global population inversion, it is determined by both coherent and incoherent ergotropy. Via random sampling of quantum states and Hamiltonians, we show that coherence and the participation ratio enhance coherent ergotropy, whereas incoherent ergotropy--whether enhanced, unchanged, or suppressed--depends on diagonal entropy, the participation ratio, and energy level population ordering. We demonstrate that the ergotropy lower bound is incoherent ergotropy, the upper bound is the QB stored energy, and enhanced QB purity suppresses locked energy and boosts charging efficiency. Furthermore, we use the Tavis-Cummings (TC) and Jaynes-Cummings (JC) batteries as paradigms to validate our findings. Our work elucidates ergotropy underlying mechanisms in general QBs and establishes a rigorous framework for optimizing ergotropy and charging efficiency, paving the way for high-performance quantum energy-storage devices.
• Abstract（参考訳）: Ergotropy – 量子バッテリー(QB)のパフォーマンスの重要な指標である – が重要な役割を担っている。 しかしながら、エルゴトロピーの進化を管理する力学と物理機構は未解決の課題である。 本稿では,一般QBモデルのエルゴトロピーについて検討し,エネルギー準位集団の変動と逆転に伴う帯電過程について考察する。 人口の逆転がない場合、エルゴトロピーはコヒーレントなエルゴトロピーと完全に一致しており、地域とグローバルな集団の逆転ではコヒーレントなエルゴトロピーと非コヒーレントなエルゴトロピーの両方によって決定される。 量子状態とハミルトニアンのランダムサンプリングにより、コヒーレンスと参加比がコヒーレントエルゴトロピーを高めるのに対し、非コヒーレントエルゴトロピー--拡張、変化、あるいは抑制--は対角エントロピー、参加比、エネルギーレベルの集団順序に依存する。 我々は, エルゴトロピーの下限が不整合エルゴトロピーであり, 上限がQB貯蔵エネルギーであり, QB純度が向上すると, 係留エネルギーが抑制され, 充電効率が向上することを示した。 さらに,Tavis-Cummings (TC) とJaynes-Cummings (JC) のバッテリをパラダイムとして使用し,その結果を検証した。 我々の研究は、一般的なQBにおけるエルゴトロピーの基礎となるメカニズムを解明し、エルゴトロピーと充電効率を最適化するための厳密な枠組みを確立し、高性能な量子エネルギー貯蔵装置への道を開いた。

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