論文の概要: Ancilla mediated steady-state engineering in open quantum systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.04905v1
- Date: Fri, 04 Sep 2026 09:07:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-07 18:15:23.989507
- Title: Ancilla mediated steady-state engineering in open quantum systems
- Title（参考訳）: オープン量子系におけるアンシラを介する定常工学
- Abstract要約: 本稿では,アシラキュービットがターゲット系と貯水池との結合を媒介するプラットフォームを提案する。
従来型の熱処理を実験的に実証し, 抗熱処理も実現した。
我々は、核スピンを量子電池として利用し、理論最大値の70%を超える定常エルゴトロピーを達成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1308443849364265
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Engineering the properties of a reservoir and its coupling to a quantum system is a powerful tool for simulating quantum thermodynamic processes and for generating otherwise inaccessible steady states. Yet tailoring both the reservoir and its coupling within a single platform remains challenging. Here we introduce a platform, in which an ancilla qubit mediates the coupling of a target system to a reservoir, providing independent control over the interaction form, coupling strength, and effective reservoir temperature. Our implementation uses the electron spin of a single nitrogen-vacancy center in diamond as the ancilla and a proximal $^{13}$C nuclear spin as the target. By alternating engineered unitary interactions with dissipative ancilla resets, we realize dynamics naturally described by a collision model, enabling straight-forward tracking of the work, heat, coherence, and entropy generated at every collision. We experimentally demonstrate conventional thermalization and also realize anti-thermalization: the stabilization of the target system in a temperature opposite to that of its reservoir. Finally, harnessing this steady-state engineering, we utilize the nuclear spin as a quantum battery, achieving a steady-state ergotropy exceeding $70\%$ of the theoretical maximum.
- Abstract（参考訳）: 貯水池の性質と量子系への結合は、量子熱力学過程をシミュレートし、そうでなければ到達不能な定常状態を生成する強力なツールである。
しかし、貯水池と1つのプラットフォーム内での結合の調整は依然として困難である。
ここでは、アンシラ量子ビットがターゲット系と貯水池とのカップリングを仲介し、相互作用形態、結合強度、有効貯水池温度を独立に制御するプラットフォームを紹介する。
実装では、ダイヤモンド中の1つの窒素空孔中心の電子スピンをアンシラとし、そのターゲットとして近い$^{13}$C核スピンを用いる。
発散性アンシラリセットと工学的ユニタリ相互作用を交互に組み合わせることで、衝突モデルによって自然に記述されたダイナミクスを実現し、各衝突で発生する作業、熱、コヒーレンス、エントロピーの直接フォワード追跡を可能にする。
本研究では, 従来の熱処理を実験的に実証し, 対向する温度で標的系の安定化を図った。
最後に、この定常工学を利用して、核スピンを量子電池として利用し、理論最大値の70 %を超える定常エルゴトロピーを達成する。
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