論文の概要: Quantum Otto engine with decoupled idle levels in a non-Hermitian XY model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.22405v1
• Date: Sun, 21 Jun 2026 09:30:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 18:25:23.779141
• Title: Quantum Otto engine with decoupled idle levels in a non-Hermitian XY model
• Title（参考訳）: 非エルミートXYモデルにおける分離アイドルレベルを持つ量子オットーエンジン
• Authors: Maimaitiyiming Tusun, Fang Zhao,
• Abstract要約: 我々は,2量子非エルミートXYモデルにおける量子オットーサイクルについて検討した。 エネルギースペクトルは、外界に依存する一対の作業レベルと、完全に独立な一対のアイドルレベルに自然に分離する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.507929247179074
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We study a quantum Otto cycle in a two-qubit non-Hermitian XY model with a staggered imaginary magnetic field. The energy spectrum of this system naturally decouples into a pair of working levels that depend on the external field and a pair of idle levels that are completely independent of it, thereby providing the first concrete microscopic realization of the idle-level quantum heat engine architecture proposed by de~Oliveira and Jonathan [Phys. Rev. E 104, 044133 (2021)] in a physical spin model. Tuning the non-Hermitian parameter eta_0 drives a continuous transition from a dissipative regime with negative net work and net heat absorption from the hot reservoir into a genuine heat engine mode, while simultaneously enhancing both output work and efficiency. As eta_0 increases within the stable PT-unbroken phase, the engine efficiency rises significantly, reaching a substantial fraction of the Carnot limit. This effect originates from the compression of the idle-level gap, which redistributes the level occupation weights in the hot and cold equilibrium states and thereby modulates the absorbed heat. The numerator of the net work expression is independent of eta_0, but the denominator depends on eta_0 indirectly through hyperbolic cosine functions -- this is the mathematical root of the idle-level control mechanism. We provide a detailed analysis of the robustness of these findings against parameter variations, a critical comparison of the non-Hermitian control with the Hermitian limit, and a concrete experimental proposal for trapped-ion quantum simulators. Our results demonstrate that non-Hermiticity serves as an indispensable tool for steering both the operation mode and the performance of a quantum engine.
• Abstract（参考訳）: 我々は,2量子非エルミートXYモデルにおける量子オットーサイクルについて検討した。 この系のエネルギースペクトルは、外部磁場に依存する一対の作業レベルと、完全に独立な一対のアイドルレベルに自然に分解され、デ・オリヴェイラとジョナサン(Phys. Rev. E 104, 044133 (2021)))によって提案されたアイドルレベルの量子熱エンジンアーキテクチャを物理的スピンモデルで初めて具体的に実現した。 非エルミートパラメータeta_0の調整は、負のネットワークと熱貯槽からのネット熱吸収とを有する散逸状態から真のヒートエンジンモードへの連続的な遷移を駆動し、同時に出力作業と効率の両立を図る。 安定したPTアンブローク相でeta_0が増加すると、エンジン効率は著しく上昇し、カルノー限界のかなりの割合に達する。 この効果は、熱平衡状態と冷平衡状態のレベル占有重量を再分配し、吸収熱を変調するアイドルレベルギャップの圧縮に由来する。 ネットワーク表現の数値は eta_0 とは独立であるが、分母は双曲コサイン関数を介して eta_0 に間接的に依存する。 本稿では,パラメータ変動に対するこれらの知見の堅牢性,エルミート限界に対する非エルミート制御の批判的比較,トラップイオン量子シミュレータの実験的提案について述べる。 この結果から,非ハーミティシティは演算モードと量子エンジンの性能を両立させる上で必要不可欠なツールであることが示された。

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