論文の概要: Optimal work extraction in measurement-based quantum Otto engines: Non-adiabaticity and generalized measurements can be beneficial
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.22583v1
- Date: Thu, 21 May 2026 14:54:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-22 16:35:42.313012
- Title: Optimal work extraction in measurement-based quantum Otto engines: Non-adiabaticity and generalized measurements can be beneficial
- Title（参考訳）: 測定に基づく量子オットーエンジンにおける最適作業抽出:非断熱性と一般化された測定は有用である
- Authors: Arunabha Das, Sayan Mondal, Debarupa Saha, Ujjwal Sen,
- Abstract要約: 測定に基づく量子熱エンジンは、従来の熱エンジンに代わるものとして大きな関心を集めている。
このようなエンジンから抽出可能な最適作業について検討し,その性能が従来の量子オットーサイクルよりも優れているかを検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6708084920766263
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Measurement-based quantum heat engines have attracted significant interest as alternatives to conventional thermal engines, as they replace the hot thermal reservoir with quantum measurements, thereby offering greater controllability and simpler implementation. Motivated by these advantages, we investigate a measurement-driven quantum Otto engine with a qubit working substance and study the optimal work extractable from such engines, including whether their performance can surpass that of conventional quantum Otto cycles. We analyze the engine in both the infinite-time (adiabatic) and finite-time (non-adiabatic) regimes, considering two distinct implementations obtained through optimization over all projection-valued measurements (PVMs) and over all two-outcome positive operator-valued measurements (POVMs). We show that measurement-based engines can outperform conventional quantum Otto engines within specific parameter regimes and that POVM-based engines can yield higher optimal work extraction than PVM-based ones. Furthermore, by incorporating the thermodynamic cost associated with resetting the auxiliary system required for POVM implementation, we demonstrate that the resulting net work output can still exceed that of PVM-based engines under suitable conditions on the spectral gaps and cold bath temperature. We also identify regimes in which non-adiabatic implementations can yield higher work output and efficiency than their adiabatic counterparts. Our study provides operational guidelines for designing improved measurement-driven quantum Otto engines.
- Abstract（参考訳）: 測定に基づく量子熱エンジンは、従来の熱機関に代わるものとして大きな関心を集めており、熱貯水池を量子測定に置き換えることで、より制御性が高く、より単純な実装を提供する。
これらの利点を生かして、量子オットーエンジンを量子ビット動作物質で測定し、その性能が従来の量子オットーサイクルよりも優れているかどうかなど、これらのエンジンから抽出可能な最適作業について検討する。
本研究では,全ての予測値測定(PVM)および2つの出力正の演算値測定(POVM)の最適化により得られる2つの異なる実装を考慮し,無限時間(アディバティック)と有限時間(非アディバティック)の双方でエンジンを解析する。
測定ベースエンジンは特定のパラメータ条件下で従来の量子オットーエンジンより優れており,POVMベースエンジンはPVMベースエンジンよりも高い最適作業抽出が得られることを示す。
さらに,POVM 実装に必要な補助システムのリセットに伴う熱力学的コストを組み込むことで,PVM ベースエンジンのスペクトルギャップと冷水浴温度の適切な条件下での純作業出力が依然としてPVM ベースエンジンよりも高いことを実証した。
また,非断熱的実装により,非断熱的実装よりも高い作業出力と効率が得られる体制も特定する。
本研究は、改良された測定駆動量子オットーエンジンの設計のための運用ガイドラインを提供する。
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