論文の概要: Fundamental Limitations on the Reliabilities of Power and Work in Quantum Batteries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05315v1
• Date: Thu, 08 Jan 2026 19:00:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-12 17:41:49.747423
• Title: Fundamental Limitations on the Reliabilities of Power and Work in Quantum Batteries
• Title（参考訳）: 量子電池における電力・作業の信頼性に関する基礎的限界
• Authors: Brij Mohan, Tanmoy Pandit, Maciej Lewenstein, Manabendra Nath Bera,
• Abstract要約: 量子電池は、充電と放電の過程で高い電力を約束する。 その実用性と性能は信頼性に大きく依存し、ノイズ-信号比によって定量化される。 並列、集合、ハイブリッドの充電方式におけるトレードオフと制限、およびスケーリングの挙動を分析します。
• 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: Quantum batteries, microscopic devices designed to address energy demands in quantum technologies, promise high power during charging and discharging processes. Yet their practical usefulness and performance depend critically on reliability, quantified by the noise-to-signal ratios (NSRs), i.e., normalized fluctuations of work and power, where reliability decreases inversely with increasing NSR. We establish fundamental limits to this reliability: both work and power NSRs are universally bounded from below by a function of charging speed, imposing a reliability limit inherent to any quantum battery. More strikingly, we find that a quantum mechanical uncertainty relation forbids the simultaneous suppression of work and power fluctuations, revealing a fundamental trade-off that also limits the reliability of quantum batteries. We analyze the trade-off and limits, as well as their scaling behavior, across parallel (local), collective {(fully non-local)}, and hybrid (semi-local) charging schemes for many-body quantum batteries, finding that increasing power by exploiting stronger entanglement comes at the cost of diminished reliability of power. Similar trends are also observed in the charging of quantum batteries utilizing transverse Ising-like interactions. These suggest that achieving both high power and reliability require neither parallel nor collective charging, but a hybrid charging scheme with an intermediate range of interactions. Therefore, our analysis shapes the practical and efficient design of reliable and high-performance quantum batteries.
• Abstract（参考訳）: 量子電池は、量子技術のエネルギー需要に対処するために設計された顕微鏡装置で、充電と放電の過程で高い電力を約束する。 しかし、その実用性と性能は信頼性に大きく依存し、NSRの増加に伴い信頼性が逆減少する作業と電力の正規化変動(NSR)によって定量化される。 作業と電力のNSRはいずれも、充電速度の関数によって下から普遍的に境界付けられ、あらゆる量子電池に固有の信頼性の制限を課す。 より驚くべきことに、量子力学的不確実性関係は、仕事と電力変動の同時抑制を禁止し、量子電池の信頼性も制限する基本的なトレードオフを明らかにしている。 我々は、並列(ローカル)、集合(完全に非ローカル)、および多体量子電池のハイブリッド(半ローカル)充電方式のトレードオフと制限、およびスケーリングの挙動を分析し、より強い絡み合いを利用して電力を増大させることは、電力の信頼性の低下を犠牲にすることを発見した。 同様の傾向は、逆イジングのような相互作用を利用した量子電池の充電でも見られる。 これらのことは、高出力と信頼性の両方を達成するためには、並列充電も集団充電も必要とせず、中間的な相互作用範囲を持つハイブリッド充電方式が必要であることを示唆している。 そこで,本研究では,信頼性と高性能な量子電池の実用的かつ効率的な設計について述べる。

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