論文の概要: Charging Dynamics in a Distance-Modulated Planar Quantum-Battery Architecture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.22878v1
- Date: Fri, 24 Apr 2026 03:06:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-28 17:12:07.021621
- Title: Charging Dynamics in a Distance-Modulated Planar Quantum-Battery Architecture
- Title（参考訳）: 距離変調された平面量子電池アーキテクチャにおける充電ダイナミクス
- Authors: Yi-Fan Yang, Shun-Cai Zhao,
- Abstract要約: 結合共振器からなる平面多体量子電池アーキテクチャを提案する。
我々はレッドフィールドのマスター方程式を用いた強結合系におけるオープンシステム充電のダイナミクスについて検討する。
その結果、多体量子電池における幾何学制御相互作用の重要な役割を浮き彫りにした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.227716615390051
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: While the spatial arrangement of individual units is essential for the physical implementation of quantum batteries, geometry-dependent interactions are rarely explicitly incorporated into existing theoretical models. To address this, we propose a planar many-body quantum-battery architecture consisting of coupled resonators. By introducing a distance-dependent function to modulate both the inter-battery coupling and tunneling, we investigate the open-system charging dynamics in the strong-coupling regime using a Redfield master-equation approach. Using ergotropy as the primary figure of merit, we demonstrate that the charging performance is highly sensitive to the inter-battery distance, nearest-neighbor coupling strength, and environmental conditions. Specifically, decreasing the inter-battery distance within an optimal window suppresses charging fluctuations and accelerates the system's approach to a steady charged state. However, an excessively short distance amplifies environmental dissipation, thereby degrading the overall performance. Furthermore, while overly strong inter-battery coupling induces post-charging instability, moderate coupling achieves a favorable balance between maximum stored energy and stability. We also establish that the system-bath coupling and bath cutoff frequency predominantly govern the charging timescale, and that the planar architecture maintains its robustness against thermal fluctuations over a broad temperature range. These results highlight the critical role of geometry-controlled interactions in many-body quantum batteries, providing a theoretical foundation for the design and optimization of two-dimensional quantum energy-storage devices.
- Abstract（参考訳）: 量子電池の物理実装には個々の単位の空間配置が不可欠であるが、幾何学に依存した相互作用が既存の理論モデルに明示的に組み込まれることは滅多にない。
そこで本稿では,結合共振器からなる平面多体量子電池アーキテクチャを提案する。
電池間結合とトンネルの双方を変調する距離依存関数を導入することにより、レッドフィールドのマスター方程式を用いた強結合系における開系充電のダイナミクスを解明する。
エルゴトロピーを主目的とする充電性能は, 電池間距離, 近接結合強度, 環境条件に非常に敏感であることを示す。
具体的には、最適ウィンドウ内での電池間距離の減少は、充電の変動を抑制し、安定した充電状態へのシステムのアプローチを加速させる。
しかし、過度に短い距離は環境散逸を増幅し、全体的な性能を低下させる。
さらに、過度に強い電池間カップリングは、充電後の不安定を誘導する一方、適度なカップリングは、最大貯蔵エネルギーと安定性の良好なバランスを達成する。
また, システムバス結合と浴槽遮断周波数が主に帯電時間スケールを制御し, 平面構造は広い温度範囲における熱ゆらぎに対するロバスト性を維持していることも確認した。
これらの結果は、多体量子電池における幾何学制御相互作用の重要な役割を強調し、二次元量子エネルギー貯蔵装置の設計と最適化のための理論的基盤を提供する。
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