論文の概要: Towards minimal conditions for ergotropy injection in open quantum systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.04457v1
- Date: Thu, 03 Sep 2026 20:31:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-07 18:15:23.814062
- Title: Towards minimal conditions for ergotropy injection in open quantum systems
- Title（参考訳）: 開量子系におけるエルゴトロピー注入の最小条件に向けて
- Abstract要約: システムと環境の両方がキュービットである場合, 熱操作下ではエルゴトロピー注入は不可能であることを示す。
最適エルジオトロピックゲインを導出し,不整合性を維持しながら,個体数逆転型の環境熱水性がエルジオトロピック注入を可能にすることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5097809301149341
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Interactions between a quantum system and its environment can inject ergotropy into the system, raising the question of the minimal dimensionality and physical resources required for such injection. We first show that ergotropy injection is impossible under thermal operations when both the system and environment are qubits, whereas it becomes possible when the environment is enlarged to a qutrit. We further show that already in the qubit-qubit setting, relaxing environmental thermality and allowing interactions between system and environment allows ergotropy increment under energy-conserving unitaries. To elucidate the role of interactions, we consider a two-qubit isotropic XY interaction Hamiltonian and identify its distinct degeneracy regimes. We show that, in the central-block regime, when both the initial system and environmental states are incoherent, no ergotropic gain is possible when the environment is initially thermal, irrespective of the interaction strength. In contrast, environmental athermality in the form of population inversion, while retaining incoherence, enables ergotropic injection. We derive the optimal ergotropic gain and show that environmental coherence can enhance it, while system coherence alone need not be beneficial and can even reduce the gain. We further consider the double-degenerate regime, characterized by a finite interaction strength, and demonstrate positive ergotropic gain even for a thermal environment.
- Abstract（参考訳）: 量子系と環境の間の相互作用はエルゴトロピーをシステムに注入し、そのような注入に必要な最小の次元と物理的資源の疑問を提起する。
まず,システムと環境の両方が量子ビットである場合,エルゴトロピー注入は熱操作では不可能であることを示す。
さらに, 量子ビット環境下での環境熱の緩和, システムと環境の相互作用により, エネルギー保存ユニタリ下でのエルゴトロピーの増大が可能であることを示す。
相互作用の役割を明らかにするために、2量子等方性XY相互作用ハミルトンを考察し、その異なる縮退系を同定する。
中心ブロック状態においては, 初期系と環境状態が一致しない場合, 相互作用強度によらず, 環境が初期熱的であった場合, エルゴトロピックな利得が得られないことが示されている。
対照的に、人口逆転の形での環境熱水性は、非コヒーレンスを維持しながら、エルゴトロピック注入を可能にしている。
最適エルゴトロピックゲインを導出し,環境コヒーレンスだけでは利益が得られず,さらに利得も低減できることを示す。
さらに, 熱環境においても, 有限相互作用強度を特徴とする二重縮退状態について考察し, 正のエルゴトロピック利得を示す。
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