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量子物理

arXiv:2412.01442 (quant-ph)
[提交于 2024年12月2日 (v1) ,最后修订 2025年7月28日 (此版本, v2)]

标题: 腔-海森堡自旋-$j$链量子电池和强化学习优化

标题: Cavity-Heisenberg spin-$j$ chain quantum battery and reinforcement learning optimization

Authors:Peng-Yu Sun, Hang Zhou, Fu-Quan Dou
摘要: 机器学习为解决量子物理中的复杂挑战提供了一种有前景的方法。 在量子电池(QBs)领域,模型构建和性能优化是核心任务。 在此,我们提出一种腔-海森堡自旋链量子电池(QB)模型,具有自旋-$j (j=1/2,1,3/2)$并研究在封闭和开放量子情况下充电性能,考虑自旋-自旋相互作用、环境温度和腔体耗散。 结果显示,随着自旋尺寸的增加,QB的充电能量和功率显著提高。 通过采用强化学习算法调节腔-电池耦合,我们进一步优化了QB性能,使存储能量接近甚至超过无自旋-自旋相互作用情况下的上限。 我们分析了优化机制,并发现腔-自旋纠缠与充电性能之间存在内在关系:在封闭系统中,增加纠缠会增强充电能量,而在开放系统中则产生相反的效果。 我们的结果为QB的设计和优化提供了一个可能的方案。
摘要: Machine learning offers a promising methodology to tackle complex challenges in quantum physics. In the realm of quantum batteries (QBs), model construction and performance optimization are central tasks. Here, we propose a cavity-Heisenberg spin chain quantum battery (QB) model with spin-$j (j=1/2,1,3/2)$ and investigate the charging performance under both closed and open quantum cases, considering spin-spin interactions, ambient temperature, and cavity dissipation. It is shown that the charging energy and power of QB are significantly improved with the spin size. By employing a reinforcement learning algorithm to modulate the cavity-battery coupling, we further optimize the QB performance, enabling the stored energy to approach, even exceed its upper bound in the absence of spin-spin interaction. We analyze the optimization mechanism and find an intrinsic relationship between cavity-spin entanglement and charging performance: increased entanglement enhances the charging energy in closed systems, whereas the opposite effect occurs in open systems. Our results provide a possible scheme for design and optimization of QBs.
评论: 12页,13图
主题: 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2412.01442 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2412.01442v2 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.01442
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Fu-Quan Dou [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 12 月 2 日 12:32:07 UTC (8,944 KB)
[v2] 星期一, 2025 年 7 月 28 日 13:39:38 UTC (5,914 KB)
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