論文の概要: Thermal vapor quantum battery based on collective atomic spins
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.17518v1
- Date: Sun, 19 Apr 2026 16:21:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-28 13:26:50.666883
- Title: Thermal vapor quantum battery based on collective atomic spins
- Title（参考訳）: 集合原子スピンに基づく熱蒸気量子電池
- Authors: Jinyi Li, Juncheng Zheng, Xue Yang, Kainan Hu, Kanzheng Zhou, Junkai Zhuang, Hengyan Wang, Zhihao Ma, Mingxing Luo, Wenqiang Zheng,
- Abstract要約: 量子電池は、古典的なエネルギー貯蔵装置の性能限界を超えるために、量子コヒーレンスや絡み合いのような古典的でない資源を利用する。
110msを超えるコヒーレンス時間を持つ約1012$87$Rbの原子を含む,熱アルカリ金属蒸気中の集合原子スピンアンサンブルに基づく室温量子電池を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.628034291326202
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum batteries harness non-classical resources, such as quantum coherence and entanglement, to surpass the performance limits of classical energy-storage devices. Here we realize a room-temperature quantum battery based on a collective atomic spin ensemble in a thermal alkali-metal vapor, containing approximately $10^{12}$ $^{87}$Rb atoms with coherence times exceeding 110 ms. We operationally determine the battery capacity by directly measuring the extremal internal energies accessible under unitary evolution. This tomography-free protocol agrees closely with the conventional state-based definition and verifies the decomposition of capacity into coherent and incoherent contributions. We further show that quantum coherence can substantially enhance the storage capability independently of level populations, and experimentally establish quantitative relations linking battery capacity to von Neumann, Tsallis and linear entropies. By introducing a controlled dephasing channel with a magnetic-field gradient, we observe a monotonic reduction of capacity with coherence loss and track the corresponding evolution of the entropy-capacity relations. Our results identify thermal atomic spin ensembles as a scalable platform for quantum batteries and connect macroscopic quantum energy storage with operational quantum thermodynamics.
- Abstract（参考訳）: 量子電池は、古典的なエネルギー貯蔵装置の性能限界を超えるために、量子コヒーレンスや絡み合いのような古典的でない資源を利用する。
そこで本研究では,110msを超えるコヒーレンス時間を有する約10^{12}$$^{87}$Rb原子を含む,熱アルカリ金属蒸気中の集合原子スピンアンサンブルに基づく室温量子電池を実現する。
このトモグラフィフリープロトコルは、従来の状態ベース定義と密接に一致し、キャパシティの分解をコヒーレントかつ非コヒーレントなコントリビューションに検証する。
さらに, 量子コヒーレンスは, レベル集団とは無関係に記憶能力を大幅に向上させ, フォン・ノイマン, ツァリス, 線形エントロピーとバッテリ容量を結合する定量的な関係を実験的に確立することを示した。
磁場勾配の制御された減圧チャネルを導入することにより、コヒーレンス損失による容量の単調な減少を観測し、エントロピー・キャパシティ関係の対応する進化を追跡する。
この結果から, 熱原子スピンアンサンブルは量子電池のスケーラブルなプラットフォームであり, マクロ量子エネルギーストレージと量子熱力学を結合すると考えられる。
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