論文の概要: Many-Body Structural Effects in Periodically Driven Quantum Batteries
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.03883v2
- Date: Thu, 12 Mar 2026 00:55:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-13 14:46:25.404686
- Title: Many-Body Structural Effects in Periodically Driven Quantum Batteries
- Title（参考訳）: 周期駆動型量子電池における多体構造効果
- Authors: Rohit Kumar Shukla, Cheng Shang,
- Abstract要約: 周期的なアイシング充電器によって駆動されるスピン1/2量子電池の帯電性能を多体構造が決定することを示す。
特に、相互作用範囲、境界条件、システムサイズ、可積分性は、蓄えられたエネルギーと充電力を高める重要な要素として現れる。
本研究は,多体系の構造的特徴と周期的駆動を併用して,効率的な集団充電のダイナミクスを実現する方法である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2578242050187029
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: While quantum batteries have been widely studied under static driving, their performance under periodic driving in many-body systems has received only limited attention. In this Letter, we uncover structural principles showing that many-body structure fundamentally determines the charging performance of a collective spin-1/2 quantum battery driven by a periodic Ising charger. In particular, interaction range, boundary conditions, system size, and integrability -- capturing graph connectivity, geometry, even-odd effects, and many-body dynamics -- emerge as critical factors for enhancing stored energy and charging power. First, we analyze how connectivity scaling and boundary geometry shape battery performance. We show that long-range interacting chargers exhibit superextensive energy storage, approaching the fundamental upper bound over broad ranges of driving periods and system sizes. In contrast, nearest-neighbor chargers achieve optimal charging only under finely tuned commensurability conditions. Moreover, we find that open boundary conditions (OBC) enhance robustness compared to periodic boundary conditions (PBC). Second, we examine the role of integrability under periodic driving. We demonstrate that nonintegrability enhances energy storage by suppressing conserved quantities and promoting ergodic Floquet dynamics, thereby enabling efficient population of the many-body spectrum. Through systematic structural optimization across multiple parameters, we identify long-range nonintegrability as a central resource for fast, scalable, and robust charging of collective quantum batteries. Our results clarify how structural features of many-body systems, together with periodic driving, can be harnessed to achieve efficient collective charging dynamics.
- Abstract（参考訳）: 静的駆動下では量子電池の研究が盛んに行われているが、多体系における周期駆動時の性能は限られている。
本稿では,多体構造が周期的イジング充電器によって駆動されるスピン・1/2量子電池の帯電性能を根本的に決定することを示す構造原理を明らかにする。
特に、相互作用範囲、境界条件、システムサイズ、積分可能性 -- グラフ接続性、幾何効果、偶発的効果、および多体ダイナミクス -- は、蓄えられたエネルギーと充電力を高める重要な要素として現れる。
まず,接続のスケーリングと境界形状がバッテリ性能に与える影響を解析する。
長距離交流充電器は, 広範囲の駆動時間とシステムサイズにまたがる基本上界に近づき, 超過大なエネルギー貯蔵を示すことを示す。
対照的に、最寄りの充電器は、微調整されたコンメンサビリティ条件下でのみ最適な充電を実現する。
さらに, 開放境界条件 (OBC) は周期境界条件 (PBC) と比較して頑健性を高めることがわかった。
第2に,周期運転における可積分性の役割について検討する。
非可積分性は保存量の抑制とエルゴードフロッケダイナミクスの促進によってエネルギー貯蔵を増強し、多体スペクトルの効率的な人口増加を可能にすることを実証する。
複数のパラメータにまたがる体系的な構造的最適化により、高速でスケーラブルでロバストな量子電池の充電のための中心資源として、長距離非可積分性を同定する。
本研究は,多体系の構造的特徴と周期的駆動を併用して,効率的な集団充電のダイナミクスを実現する方法である。
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