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高能物理 - 理论

arXiv:2409.09259 (hep-th)
[提交于 2024年9月14日 (v1) ,最后修订 2025年3月16日 (此版本, v4)]

标题: BTZ时空中的开放量子电池的耗散动力学

标题: Dissipative dynamics of an open quantum battery in the BTZ spacetime

Authors:Zehua Tian, Xiaobao Liu, Jieci Wang, Jiliang Jing
摘要: 我们研究了量子电池的充电性能如何受到量子场真空涨落的影响,该量子场满足BTZ时空中的Dirichlet、透明和Neumann边界条件,量子电池被建模为一个两能级系统。 量子电池受到外部静态驱动的作用,作为充电器。 同时,假设量子场与量子电池的纵向和横向自旋分量耦合,包括去相干和纯退相机制。 通过扩展先前的相对论开放量子系统方法到更一般的情况(包括驱动和多种耦合),得到了量子电池的充电和放电动力学。 给出了存储能量随时间演化的解析表达式。 我们发现,当驱动幅度强于/弱于量子电池的能级间距时,纯退相干耗散耦合比去相干耗散耦合表现出更好的/较差的充电性能。 我们还发现,在某些条件下,较高的霍金温度有助于提高充电性能,这表明通过充电协议中的耗散从弯曲时空的真空涨落中提取能量是可行的。 量子场的不同边界条件可能导致不同的充电性能。 此外,我们还通过监控充电协议关闭后的能量行为来讨论充电稳定性。 我们的研究提出了一种通用框架来研究弯曲时空中的弛豫效应,并揭示了时空属性和场的边界条件如何影响充电过程,从而可能为通过充电协议探索时空属性和热力学提供线索。
摘要: We consider how charging performances of a quantum battery, modeled as a two-level system, are influenced by the presence of vacuum fluctuations of a quantum field satisfying the Dirichlet, transparent, and Neumann boundary conditions in the BTZ spacetime. The quantum battery is subjected to an external static driving which works as a charger. Meanwhile, the quantum field is assumed to be coupled to both longitudinal and transverse spin components of the quantum battery including decoherence and pure dephasing mechanisms. Charging and discharging dynamics of the quantum battery are derived by extending the previous open quantum system approach in the relativistic framework to this more general scenario including both the driving and multiple coupling. Analytic expressions for the time evolution of the energy stored are presented. We find that when the driving amplitude is stronger/weaker than the energy-level spacing of the quantum battery the pure dephasing dissipative coupling results in better/worse charging performances than the decoherence dissipative coupling case. We also find that higher Hawking temperature helps to improve the charging performance under certain conditions compared with the closed quantum buttery case, implying the feasibility of energy extraction from vacuum fluctuations in curved spacetime via dissipation in charging protocol. Different boundary conditions for quantum field may lead to different charging performance. Furthermore, we also address the charging stability by monitoring the energy behaviour after the charging protocol has been switched off. Our study presents a general framework to investigate relaxation effects in curved spacetime, and reveals how spacetime properties and field boundary condition affect the charging process, which in turn may shed light on the exploration of the spacetime properties and thermodynamics via the charging protocol.
评论: 43页,16幅图。增加了关于AdS时空KMS局域温度的评论!
主题: 高能物理 - 理论 (hep-th) ; 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2409.09259 [hep-th]
  (或者 arXiv:2409.09259v4 [hep-th] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.09259
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: J. High Energ. Phys. 2025, 188 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1007/JHEP04%282025%29188
链接到相关资源的 DOI

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来自: Zehua Tian [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2024 年 9 月 14 日 02:06:28 UTC (4,378 KB)
[v2] 星期四, 2024 年 9 月 19 日 13:06:47 UTC (4,378 KB)
[v3] 星期一, 2024 年 9 月 23 日 13:21:15 UTC (4,378 KB)
[v4] 星期日, 2025 年 3 月 16 日 02:42:33 UTC (6,261 KB)
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