論文の概要: Connection-topology--dependent energy transport and ergotropy in quantum battery networks with reciprocal and nonreciprocal couplings

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.23009v1
• Date: Tue, 24 Mar 2026 09:52:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-25 19:53:37.416749
• Title: Connection-topology--dependent energy transport and ergotropy in quantum battery networks with reciprocal and nonreciprocal couplings
• Title（参考訳）: 相互結合と非相互結合を持つ量子電池ネットワークにおける接続位相依存性エネルギー輸送とエルゴトロピー
• Authors: Bing-Bing Liu, Rui Chen, Jin-Lei Wu, Gang Chen, Shi-Lei Su,
• Abstract要約: 本稿では, 相互結合と非相互結合を両立させた量子電池ネットワークについて検討する。 相互カスケードネットワークでは、パリティに依存したスペクトル応答は奇数に均一な輸送効果をもたらす。 また, サーマルノイズが受動エネルギーを主に増加させることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.928807027012663
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The realization of scalable quantum battery architectures requires concern not only with how much energy can be stored, but also with how energy is transported, distributed, and converted into extractable work across connected battery nodes. While previous studies mainly focused on collective charging in multi-cell quantum batteries, the topology-dependent transport law and the corresponding work-oriented performance of quantum battery networks remain largely unexplored. In this work, we investigate quantum battery networks with engineered reciprocal and nonreciprocal couplings and compare different connection topologies, including cascaded and parallel architectures, within a unified transport framework. In the nonreciprocal regime, the optimal coupling follows distinct scaling laws for the two connection topologies, namely $J_{\rm op}^{c}\propto N$ for cascaded transport and $J_{\rm op}^{p}\propto N^{-1/2}$ for parallel charging in the large-$N$ limit. In reciprocal cascaded networks, a parity-dependent spectral response produces an odd-even transport effect that is absent in the nonreciprocal and parallel configurations. We further analyze the role of thermal and squeezed reservoirs and show that thermal noise mainly increases passive energy, whereas squeezing enhances ergotropy and thus the useful fraction of stored energy. These results shift the emphasis from charging enhancement to transport engineering and provide architecture-level design principles for quantum battery networks.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルな量子バッテリアーキテクチャの実現には、どれだけのエネルギーを格納できるかだけでなく、いかにエネルギーが輸送され、分散され、接続されたバッテリノード間で抽出可能な作業に変換されるかという懸念も必要である。 これまでの研究は主に多セル量子電池の集団充電に焦点が当てられていたが、トポロジに依存した輸送法則とそれに対応する量子電池ネットワークの性能は明らかにされていない。 本研究では, 相互結合と非相互結合を両立させた量子電池ネットワークについて検討し, 並列およびケースドアーキテクチャを含む様々な接続トポロジを, 統一されたトランスポートフレームワーク内で比較する。 非相互系では、最適結合は2つの接続トポロジーのスケーリング法則、すなわちカスケード輸送の$J_{\rm op}^{c}\propto N$と大きなN$制限の並列充電の$J_{\rm op}^{p}\propto N^{-1/2}$に従う。 相互カスケードネットワークでは、パリティに依存したスペクトル応答は、非相互および平行な構成に欠如する偶発的な輸送効果を生じる。 さらに, サーマルノイズが受動エネルギーを主に増加させるのに対して, スクイージングはエルゴトロピーを高め, 保存エネルギーの有用な分数を増加させることを示す。 これらの結果は、充電の強化から輸送技術への重点を移し、量子バッテリーネットワークのアーキテクチャレベルの設計原則を提供する。

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