論文の概要: Cavity-QED enhancement of quantum entanglement and battery performance in double quantum dots
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.37034v1
- Date: Tue, 29 Sep 2026 08:45:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-30 21:28:47.339462
- Title: Cavity-QED enhancement of quantum entanglement and battery performance in double quantum dots
- Title（参考訳）: 二重量子ドットにおける量子絡み合いとバッテリ性能のキャビティQED向上
- Abstract要約: 単一モードマイクロ波空洞に結合した1電子シリコン二重量子ドット(eDQD)の量子相関とエネルギー貯蔵について理論的に検討した。
この空洞は、量子相関とエネルギー貯蔵を制御するための追加の調整可能な手段を提供する。
半導体eDQDキャビティ系における量子相関と抽出可能エネルギーの相補的制御として空洞結合とSOCを確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4571294568532753
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We theoretically investigate quantum correlations and energy storage in a single-electron silicon double quantum dot (eDQD) coupled to a single-mode microwave cavity. The charge and spin degrees of freedom are hybridized by Rashba spin-orbit coupling (SOC), while the cavity interacts with the eDQD through spin-photon and charge-photon couplings. Using the reduced thermal density matrix, we characterize spin-charge entanglement by concurrence and quantum coherence by the $l_1$ norm. At low temperature, the cavity strongly modifies the spin-charge correlations, producing distinct regimes of enhanced and suppressed entanglement. We identify a nonlinear crossover between an eDQD-dominated regime and a photon-dressed regime. This crossover is revealed independently by two signatures: a rapid change in the concurrence and the onset of finite photon occupation in the cavity. Its boundary exhibits a dominant $G_{\rm c}\propto\sqrtΩ$ dependence and is robust against cavity Hilbert-space truncation. Beyond the Rashba coupling studied in [Ferreira et al., Phys. Rev. A 107, 052408 (2023)], we show that the cavity provides an additional tunable means of controlling quantum correlations and energy storage. We further characterize the eDQD as a quantum battery under coherent charging and evaluate its stored energy and ergotropy. The ergotropy varies markedly across a cavity-dressing crossover resembling that identified from entanglement, connecting cavity-induced modification of the dressed states to extractable work. Optimization over the charge-photon coupling reveals parameter-dependent optimal charging regimes and enhanced maximum ergotropy with increasing Rashba coupling. Our results establish cavity coupling and SOC as complementary controls of quantum correlations and extractable energy in semiconductor eDQD-cavity systems.
- Abstract（参考訳）: 単一モードマイクロ波空洞に結合した1電子シリコン二重量子ドット(eDQD)の量子相関とエネルギー貯蔵について理論的に検討した。
電荷とスピンの自由度はRashba spin-orbit coupling (SOC) によってハイブリダイゼーションされ、空洞はスピン-光子結合と電荷-光子結合によってeDQDと相互作用する。
還元熱密度行列を用いて、$l_1$ノルムによる収束と量子コヒーレンスによるスピン電荷の絡み合いを特徴づける。
低温では、空洞はスピン電荷相関を強く調整し、強化および抑制された絡み合いの異なる状態を生み出す。
我々は,eDQDが支配するレジームと光子修飾レジームとの非線形交叉を同定する。
この交差は、共起の急速な変化と空洞における有限光子占有の開始という2つの署名によって独立に明らかにされる。
その境界線は支配的な$G_{\rm c}\propto\sqrtΩ$依存を示し、ヒルベルト空間の切り離しに対して堅牢である。
Ferreira et al , Phys. A 107, 052408 (2023)] で研究されたラシュバ結合以外にも、空洞は量子相関とエネルギー貯蔵を制御するための追加の調整可能な手段を提供することを示した。
我々はさらに、eDQDをコヒーレント充電下での量子電池として特徴づけ、その貯蔵エネルギーとエルゴトロピーを評価する。
エルゴトロピーは、エンタングルメントから同定されたキャビティ・ドレッシング・クロスオーバー(英語版)に似た、キャビティ・ドレッシング・クロスオーバー(英語版)で顕著に変化する。
電荷-光子結合に対する最適化は、パラメータ依存の最適電荷状態とラシュバ結合の増加に伴う最大エルゴトロピーの増大を明らかにする。
半導体eDQDキャビティ系における量子相関と抽出可能エネルギーの相補的制御として空洞結合とSOCを確立した。
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