論文の概要: Coherence-Preserving Fluctuation Diagnostics for an Engineered Population-Inverted Qubit Otto Engine

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.01719v1
• Date: Sun, 03 May 2026 05:19:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-05 20:33:49.902531
• Title: Coherence-Preserving Fluctuation Diagnostics for an Engineered Population-Inverted Qubit Otto Engine
• Title（参考訳）: 技術者集団逆クビットオットーエンジンのコヒーレンス保存変動診断
• Authors: Gabriella G. Damas, Norton G. de Almeida, Gao Xianlong, G. D. de Moraes Neto,
• Abstract要約: 我々は,工学的オットーエンジンのための測定バックアクションフリー(コヒーレンス保存)変動診断法を開発した。 エンジンを非測定コヒーレントサイクルの動的ベイズネットワーク(DBN)再構成を用いて解析する。 その結果、工学的なキュービット熱機械のための縮小モデルベンチマークフレームワークが提供される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Finite-time quantum thermal machines require diagnostics beyond average work and efficiency, because microscopic engines operate in regimes where fluctuations, incomplete thermalization, and coherence are equally important. Here we develop a measurement-backaction-free (coherence-preserving) fluctuation diagnostic for an engineered qubit Otto engine coupled to an actively maintained population-inverted hot channel. The engine is analyzed using a dynamic Bayesian network (DBN) reconstruction of the unmeasured coherent cycle, yielding work, heat, power, and normalized efficiency-proxy fluctuations without imposing the projective dephasing inherent in two-point energy measurements. The inverted channel is treated as an active reduced-model resource; accordingly, all reported power and efficiency enhancements represent gross working-medium advantages, not net device efficiencies. In the full-thermalization limit, population inversion enhances extracted work and output power while opening a stability sector with markedly reduced relative power fluctuations. When finite-duration isochores are implemented, this gross enhancement reorganizes into a structured operating landscape with distinct high-power, high-efficiency, and low-relative-noise sectors, whose boundaries are governed by the competing timescales of nonadiabatic driving and thermalization rates. A direct comparison reveals that DBN and conventional two-point measurement predictions diverge precisely in coherence-rich regimes, identifying where a backaction-free reconstruction is essential. A coherence-sensitive analysis further shows that the positive-temperature reference operates optimally in an almost decohered region, whereas the inverted high-efficiency branch remains aligned with the dominant post-hot-bath coherence ridge. These results provide a reduced-model benchmarking framework for engineered qubit thermal machines.
• Abstract（参考訳）: 有限時間量子熱機械は、変動、不完全な熱化、コヒーレンスが等しく重要であるレジームで運用されるため、平均的な作業と効率を超える診断を必要とする。 ここでは, アクティブに維持された集団反転型ホットチャネルに結合した工学的キュービットオットーエンジンのための, 測定バックアクションフリー(コヒーレンス保存)変動診断法を開発した。 エンジンは非測定コヒーレントサイクルの動的ベイズネットワーク (DBN) 再構成を用いて解析し, 2点エネルギー測定に固有の投射的デフォーカスを課すことなく, 作業量, 熱量, 電力量, 正規化効率-プロキシ揺らぎを発生させる。 逆チャネルはアクティブなリダクションモデルリソースとして扱われるため、報告された電力と効率の強化は、ネットデバイス効率ではなく、全体的なワーク・ミームの利点を表している。 フル熱化限界では、集団インバージョンは、相対的な電力変動が著しく減少する安定性セクターを開きながら、抽出された作業と出力電力を高める。 有限慣性アイソコールが実装されると、この総体拡張は、非断熱駆動と熱化速度の競合する時間スケールによって境界が支配される、異なる高出力、高効率、低相対ノイズセクターを持つ構造化された運転環境に再編成される。 直接比較では、DBNと従来の2点測定予測はコヒーレンスに富んだ状態において正確に分岐し、バックアクションのない再構築が不可欠であることを示す。 コヒーレンスに敏感な分析により, ほぼ脱コヒーレンス領域で正温度基準が最適に作用するのに対して, 逆高効率分岐は支配的なポストホットバスコヒーレンスリッジと一致していることがわかった。 これらの結果は、工学的な量子ビット熱機械のための縮小モデルベンチマークフレームワークを提供する。

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