論文の概要: Frozen and Growing Quantum Work under Noise: Coherence and Correlations as Key Resources
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.18860v1
- Date: Sat, 21 Feb 2026 15:01:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-24 17:42:02.361551
- Title: Frozen and Growing Quantum Work under Noise: Coherence and Correlations as Key Resources
- Title（参考訳）: 騒音下での凍結・成長量子ワーク--鍵となる資源としてのコヒーレンスと相関
- Authors: Mohammad B. Arjmandi,
- Abstract要約: 量子系におけるエルゴトロピーの非コヒーレントかつコヒーレントな寄与への分解について検討する。
ノイズはエネルギー貯蔵を補助し、ノイズの従来の見方に純粋に有害であることを示す。
- 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 investigate the decomposition of ergotropy into incoherent and coherent contributions for quantum systems subject to typical Markovian noise channels. The incoherent part originates from population inversion in the energy eigenbasis after dephasing, while the coherent part captures the role of quantum coherence in work extraction. For single-qubit systems, we derive explicit conditions for freezing and enhancement of coherent ergotropy and obtain an analytical upper bound, showing that it cannot exceed one half of the state's quantum coherence. We then study two classes of separable two-qubit states under local noise. For Bell-diagonal states, which are locally completely passive and possess no local coherence, we prove that the total extractable work equals the average of geometric quantum and classical correlations. In this case, coherent ergotropy cannot be enhanced, although freezing occurs under specific noise conditions. By contrast, for separable states with local coherence, coherent ergotropy can increase under all considered noise channels, including phase-flip and depolarizing noise. Extending the analysis to multipartite systems, we show that both the magnitude and range of noise-induced enhancement grow with the number of qubits, indicating collective reinforcement. Finally, we demonstrate through an explicit example that entanglement does not prevent this enhancement: coherent ergotropy may increase under noise even for entangled states. Our results reveal that noise can assist energy storage, challenging the conventional view of noise as purely detrimental and suggesting compatibility between noise-assisted enhancement and fast entanglement-based charging mechanisms in quantum batteries.
- Abstract（参考訳）: 我々は、典型的なマルコフノイズチャネルを受ける量子系に対するエルゴトロピーの非一貫性およびコヒーレントな寄与への分解について検討する。
非コヒーレント部は、脱落後のエネルギー固有ベイシスにおける集団反転に由来するが、コヒーレント部は、仕事抽出における量子コヒーレンスの役割を捉えている。
単一量子ビット系では、コヒーレントエルゴトロピーの凍結と強化の明確な条件を導出し、解析上界を得る。
次に、局所雑音下で分離可能な2量子状態の2つのクラスを研究する。
局所的に完全に受動的であり、局所的コヒーレンスを持たないベル対角状態に対しては、全抽出可能な作業が幾何学的量子および古典的相関の平均と等しいことを証明している。
この場合、特定の雑音条件下では凍結するが、コヒーレントエルゴトロピーは向上できない。
対照的に、局所コヒーレンスを持つ分離可能な状態の場合、コヒーレントエルゴトロピーは位相フリップや脱分極ノイズを含む全ての考慮されたノイズチャネルにおいて増加する。
解析を多部システムに拡張すると、雑音による拡張の規模と範囲は、量子ビットの数とともに増大し、集合的な強化が示される。
最後に, 絡み合いは, 絡み合い状態においても, 雑音下でのコヒーレントエルゴトロピーの増加を防止できないことを示す。
以上の結果から,ノイズはエネルギー貯蔵を補助し,ノイズを純粋に有害とみなす従来の見方に挑戦し,量子電池におけるノイズ支援機能と高速絡み合い型充電機構の相違が示唆された。
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