論文の概要: Ergotropy from energetic coherence and the third law of thermodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.38724v1
• Date: Wed, 30 Sep 2026 00:59:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-01 18:57:26.932577
• Title: Ergotropy from energetic coherence and the third law of thermodynamics
• Title（参考訳）: エネルギーコヒーレンスからのエルゴトロピーと熱力学の第三法則
• Abstract要約: 熱アンシラとの繰り返し相互作用により帯電したキュービット電池のエルゴトロピーと熱力学的ポテンシャルについて検討した。 入浴量子統計を符号化する単一のパラメータは、任意のクラスタサイズに対して閉形式のコヒーレンスとエルゴトロピーをもたらす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We study the ergotropy and the thermodynamic potentials of a qubit battery charged by repeated interactions with clusters of thermal ancillas, qubits or oscillators, through a composite system-bath coupling that generates steady-state coherence in the energy basis. A single parameter encoding the bath quantum statistics yields the coherence and ergotropy in closed form for any cluster size. For large clusters, the ergotropy becomes independent of the bath statistics and, at optimal couplings, reaches a universal fraction of the equilibrium internal energy of the qubit at the bath temperature. Since the charged state has no population inversion, all extractable work comes from coherence. The ergotropy is flat at low temperatures. We trace this plateau to the third law, and show that the ergotropy is proportional to the equilibrium enthalpy of the qubit, whose slope vanishes with the heat capacity. For a battery composed of multiple qubits, the coherence grows exponentially with the number of qubits while the ergotropy grows linearly, both remaining a nearly constant fraction of their respective maxima. The charged state is a non-equilibrium steady state with finite entropy at zero temperature, sustained by the work of switching the collisional interaction on and off. The cost is nonzero whenever the parallel coupling is nonzero, and, unlike the ergotropy, it depends on the bath statistics.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, 熱アンシラ, クビット, 発振器の集合体との繰り返し相互作用により帯電するクビット電池のエルゴトロピーと熱力学的ポテンシャルを, エネルギーベースで定常的コヒーレンスを生成する複合系-バス結合を用いて検討した。 入浴量子統計を符号化する単一のパラメータは、任意のクラスタサイズに対して閉形式のコヒーレンスとエルゴトロピーをもたらす。 大きなクラスターでは、エルゴトロピーは浴の統計から独立し、最適なカップリングでは、浴の温度でキュービットの平衡内部エネルギーの普遍的な分数に達する。 荷電状態は集団反転を持たないため、全ての抽出可能な作業はコヒーレンスから得られる。 エルゴトロピーは低温で平坦である。 我々はこの台地を第三法則に遡り、エルゴトロピーが熱容量とともに傾斜が消えるキュービットの平衡エンタルピーに比例することを示す。 複数の量子ビットからなる電池の場合、コヒーレンスは量子ビットの数とともに指数関数的に増加し、エルゴトロピーは線形的に成長する。 荷電状態は、ゼロ温度で有限エントロピーを持つ非平衡定常状態であり、衝突相互作用をオン/オフに切り替える作業によって維持される。 並列結合がゼロでない場合、コストはゼロではなく、エルゴトロピーとは異なり、浴場統計に依存する。

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