論文の概要: One Bit of Collective Information Is Worth N ln 2 Bits of Local Information in a Many-Body Quantum Battery

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.04730v1
• Date: Fri, 04 Sep 2026 04:56:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-07 18:15:23.915321
• Title: One Bit of Collective Information Is Worth N ln 2 Bits of Local Information in a Many-Body Quantum Battery
• Title（参考訳）: 集合情報の1ビットは、多体電池のローカル情報の価値はNln2ビット
• Abstract要約: 1ビットのデーモンは 集団スピンと相関して エネルギーをロックできる。 1ビットはNとは独立に固定されたエネルギーの一定割合を回復し、完全な読み出しの約2倍の処理を出力する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.006594927582348
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Charging a quantum battery through a collective non-adiabatic stroke stores energy in a shared bosonic mode, but part remains locked in correlations with the collective spin and is inaccessible to cyclic unitaries acting on the mode alone. A demon holding one bit can unlock this energy, quantified by the daemonic ergotropy. We investigate the value of one bit and its dependence on where the information is obtained. Two protocols are compared at matched stored energy and matched information, using balanced two-outcome measurements carrying exactly one bit. We find that one bit about the collective coordinate unlocks N ln(2) times as much work as one bit about a single ion. For three stored-energy settings and N = 4-24, the measured scaling exponent is 0.990 +/- 0.043, while double extrapolation gives a prefactor of 0.69298 +/- 0.00044, within 0.02% of ln(2). To leading order, the daemonic gain equals nu mu^2 times the between-outcome variance of Jx, verified numerically to 1.3%. A balanced single-ion measurement resolves 1/4 of this variance, whereas a balanced collective split resolves (ln(2)/4)N. The microscopic origin of the prefactor remains open; a Gaussian median-split estimate of 1/(2pi) is excluded by 9%. One bit recovers a constant fraction of the locked energy independent of N and yields roughly twice as much work per bit as a complete readout, indicating strong diminishing returns. We also show that unnormalized gain comparisons can reverse the conclusion and that the break-even ion number does not collapse onto the Dicke superradiant threshold when the mode frequency is varied.
• Abstract（参考訳）: 量子電池を非断熱ストロークで充電すると、エネルギーは共有ボソニックモードに格納されるが、一部は集団スピンと相関関係にあり、モードにのみ作用する巡回ユニタリにはアクセスできない。 1ビットの悪魔はこのエネルギーを解き放つことができ、デーモンのエルゴトロピーによって定量化される。 情報の取得場所に対する1ビットの値とその依存度について検討する。 2つのプロトコルを一致した記憶エネルギーと一致した情報で比較し、正確に1ビットのバランスの取れた2アウトカムの測定を行う。 集合座標に関する1ビットは、N ln(2) を1つのイオンに関する1ビットの作業の1倍に解放する。 3つの貯蔵エネルギー設定とN = 4-24の場合、測定されたスケーリング指数は0.990 +/- 0.043であり、二重補間は0.69298 +/- 0.00044で、0.02%のln(2)である。 先行順に、デーモンゲインはJxの出力間分散の nu mu^2 倍、数値的に1.3% となる。 バランスの取れた単一イオン測定は、この分散の1/4を分解し、バランスの取れた集合分割は(ln(2)/4)Nを分解する。 プレファクターの微視的起源は未解決のままであり、ガウス中央偏差の1/(2pi)は9%除外されている。 1ビットはNとは独立に固定されたエネルギーの一定割合を回復し、1ビット当たりの作業量は完全な読み出しの約2倍となり、強く減少するリターンを示す。 また、非正規化ゲイン比較は結論を逆転させることが可能であり、モード周波数が変化すると、破れ等イオン数がDickeスーパーラジアントしきい値に崩壊しないことを示す。

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