論文の概要: From maximum work to maximum power in an optimally controlled quantum Ising Otto engine

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.08025v1
• Date: Thu, 05 Nov 2026 13:46:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-11-07 04:55:13.524132
• Title: From maximum work to maximum power in an optimally controlled quantum Ising Otto engine
• Title（参考訳）: 最適制御量子イジングオットーエンジンにおける最大作業から最大出力へ
• Abstract要約: 量子オットーエンジンでは、最大出力は単体ストロークの持続時間と非断熱励起の損失のバランスをとる必要がある。 我々はこのトレードオフを量子最適制御を用いて、自由フェルミオン動作媒体を持つオットーエンジンで解決する。 本結果は,量子熱機関の動作条件と有限時間ダイナミクスを協調的に最適化するための予測的アプローチを提供する。
• 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: In finite-time quantum Otto engines, maximizing power requires balancing the duration of the unitary strokes against the losses from nonadiabatic excitations. We address this trade-off in an Otto engine with a free-fermion working medium, using quantum optimal control. Having determined the single-particle energy scales that maximize ideal work at fixed reservoir temperatures, we realize them as the two endpoint Hamiltonians of a transverse-field Ising chain, connected by a path that crosses the quantum critical point. Optimal control of the unitary strokes yields near-ideal work on a time scale growing linearly with system size, instead of quadratically as for linear driving. We derive a time-rescaling relation that maps protocols with different energy scales onto a single reference problem and, for complete thermalization strokes of fixed duration, use it to build an analytical model of the cycle power. The model predicts two competing maximum-power regimes: a slow branch that approaches the ideal work, and a fast, size-independent branch that trades work for a shorter cycle and dominates above a crossover size, in quantitative agreement with numerical optimal-control results. It also identifies power-optimal energy scales that differ from the work-optimal ones and further increase the power. Our results provide a predictive approach to jointly optimizing the operating conditions and finite-time dynamics of quantum heat engines.
• Abstract（参考訳）: 有限時間量子オットーエンジンでは、最大出力は単体ストロークの持続時間と非断熱励起の損失のバランスをとる必要がある。 我々はこのトレードオフを量子最適制御を用いて、自由フェルミオン動作媒体を持つオットーエンジンで解決する。 固定された貯水温度での理想的な作用を最大化する単一粒子エネルギースケールを決定したので、量子臨界点を越える経路で接続された横フィールドイジング鎖の2つの終点ハミルトニアンとして実現した。 ユニタリストロークの最適制御は、線形駆動のように2次的にではなく、システムサイズと線形に成長する時間スケールにおいて、ほぼ理想的な作業をもたらす。 我々は、異なるエネルギースケールのプロトコルを単一の基準問題にマッピングする時間再スケーリング関係を導出し、固定期間の完全な熱化ストロークに対して、サイクルパワーの分析モデルを構築するためにそれを利用する。 このモデルは、2つの競合する最大出力のレギュレーションを予測している: 理想的な作業に近づく遅い分岐と、計算の最適制御結果と定量的に一致して、短いサイクルで作業を行い、クロスオーバーサイズ以上を占める高速で大きさに依存しない分岐である。 また、作業最適スケールと異なる電力最適エネルギースケールを特定し、さらに電力を増加させる。 本結果は,量子熱機関の動作条件と有限時間ダイナミクスを協調的に最適化するための予測的アプローチを提供する。

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