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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.22405v2
• Date: Fri, 26 Jun 2026 11:00:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-29 18:24:25.264391
• Title: Quantum Otto engine with field-decoupled idle levels in a non-Hermitian XY model
• Title（参考訳）: 非エルミートXYモデルにおける電場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: 非エルミートパラメータ$_0$のチューニングは、散逸状態から真の熱エンジン操作への連続的な遷移を駆動した。 非ハーミティリティは、量子エンジンの動作モードと性能の両方を制御するために必要なツールとして機能する。
• 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 investigated a quantum Otto cycle in a non-Hermitian two-qubit XY model with a staggered imaginary magnetic field. The energy spectrum of this system naturally decomposes into a pair of working levels that depend on the external field and a pair of idle levels that are entirely independent of it. Accordingly, the model represents the first concrete microscopic realization of the idle-level quantum heat engine proposed by de Oliveira and Jonathan [Phys. Rev. E \textbf{104}, 044133 (2021)] in a physical spin framework. According to our findings, tuning the non-Hermitian parameter $η_0$ drove a continuous transition from a dissipative regime, characterized by negative net work and net heat absorption from the hot reservoir, to genuine heat-engine operation while enhancing both output work and efficiency. Specifically, as $η_0$ increased within the stable phase with unbroken parity--time symmetry, the engine efficiency increased considerably and reached a substantial fraction of the Carnot limit. This joint performance enhancement originated from the compression of the idle-level gap, which redistributed the level-occupation weights in the hot and cold equilibrium states and thereby modulated the absorbed heat. Mathematically, the net-work expression had an $η_0$-independent numerator, but its denominators depended indirectly on $η_0$ through hyperbolic cosine functions, providing the basis for the idle-level control mechanism. We further thoroughly analyzed the robustness of these findings against parameter variations, critically compared non-Hermitian control with the Hermitian limit, and developed a concrete experimental proposal for trapped-ion quantum simulators. Together, our results demonstrate that non-Hermiticity serves as an indispensable tool for controlling both the operating mode and performance of a quantum engine.
• Abstract（参考訳）: 非エルミート2量子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解される。 したがって、このモデルは、ド・オリヴェイラとジョナサン(ジョナサン)によって提案されたアイドルレベルの量子熱エンジンの、最初の具体的な微視的実現を表現している。 物理スピンフレームワークにおけるE \textbf{104}, 044133 (2021)] その結果,非エルミートパラメータ$η_0$の調整は, 負のネット作業と熱水貯留層からのネット熱吸収を特徴とする散逸状態から, 真の熱エンジン動作に移行し, 出力作業と効率の両立を図った。 具体的には, 安定相において非破壊パリティ対称性でη_0$が上昇すると, エンジン効率は著しく向上し, カルノット限界のかなりの割合に達した。 この共同性能向上は、熱平衡状態と冷平衡状態のレベル占有重量を再分配し、吸収熱を変調するアイドルレベルギャップの圧縮に起因した。 数学的には、ネットワーク式は$η_0$-independent numeratorを持っていたが、その分母は双曲コサイン関数を通じて$η_0$に間接的に依存しており、アイドルレベル制御機構の基礎となった。 さらに,パラメータ変動に対するこれらの知見の頑健性,非エルミート制御とエルミート極限を批判的に比較し,トラップイオン量子シミュレータの実験的提案を行った。 その結果、非ハーミティシティは、量子エンジンの動作モードと性能の両方を制御するのに必須のツールであることが示された。

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