論文の概要: Catalytic Stabilization of Ergotropy and Backflow Suppression in Open Many-Body Quantum Batteries
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.10032v2
- Date: Wed, 19 Aug 2026 08:01:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-20 15:48:19.514384
- Title: Catalytic Stabilization of Ergotropy and Backflow Suppression in Open Many-Body Quantum Batteries
- Title（参考訳）: 開放多体量子電池におけるエルゴトロピーと逆流抑制の触媒的安定化
- Authors: Liang Luo, Shun-Cai Zhao,
- Abstract要約: コヒーレントエネルギー逆流と非マルコフ振動はエネルギー保持を制限し、オープン多体量子電池における抽出可能な仕事(エルゴトロピー)を分解する。
本稿では,レーザー駆動型充電器に結合したスピンアレイ型量子電池の触媒による充電プロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.497763910404594
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Coherent energy backflow and non-Markovian oscillations limit energy retention and degrade extractable work (ergotropy) in open many-body quantum batteries. Here, we present a catalyst-mediated charging protocol for a collective spin-array quantum battery coupled to a laser-driven charger. Using the open-system Lindblad master equation, we examine the energy transfer dynamics when both charger and battery are symmetrically coupled to an off-resonant auxiliary catalytic mode. Numerical simulations reveal that while unassisted bipartite setups exhibit pronounced backflow oscillations and poor energy retention, catalytic mediation quenches transient oscillations and accelerates energy injection. The auxiliary system operates as an energy-invariant conduit, maintaining a constant energy expectation value $\langle H_C(t)\rangle \approx \langle H_C(0)\rangle$ and negligible transient population throughout the evolution. Microscopically, virtual excitations of the catalyst generate an effective complex inter-subsystem coupling $J_{\text{eff}}$, which induces an underdamped-to-overdamped dynamical crossover and introduces selective coherence damping. This mechanism prevents population depletion in the battery, stabilizing the population inversion and significantly increasing the asymptotic steady-state ergotropy with increasing battery size $N_B$. These findings clarify the dissipative dynamics of catalyst-mediated energy transfer and provide a practical scheme for improving storage stability in modern quantum hardware platforms.
- Abstract（参考訳）: コヒーレントエネルギー逆流と非マルコフ振動はエネルギー保持を制限し、オープン多体量子電池における抽出可能な仕事(エルゴトロピー)を分解する。
本稿では,レーザ駆動型充電器に結合したスピンアレイ型量子電池の触媒による充電プロトコルを提案する。
開系リンドブラッドマスター方程式を用いて、電荷子と電池の両方が非共振補助触媒モードに対称結合している場合のエネルギー移動ダイナミクスについて検討する。
数値シミュレーションにより、非補助的二部晶装置は顕著な逆流振動と低エネルギー保持を示すが、触媒メディエーションは過渡的な振動を加熱し、エネルギー注入を加速することが示された。
補助系はエネルギー不変導管として機能し、進化を通じて一定のエネルギー期待値$\langle H_C(t)\rangle \approx H_C(0)\rangle$と無視可能な過渡性集団を維持する。
微視的に見て、触媒の仮想励起は、効果的に複雑なサブシステム間カップリングである$J_{\text{eff}}$を生成する。
この機構は、電池の個体数の減少を防止し、個体数のインバージョンを安定化し、バッテリサイズがN_B$の漸近定常エルゴトロピーを著しく増加させる。
これらの結果は触媒によるエネルギー伝達の散逸ダイナミクスを明らかにし、現代の量子ハードウェアプラットフォームにおける記憶安定性を改善するための実用的なスキームを提供する。
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