トポロジカル量子電池の理論的構築~量子とトポロジーによる蓄給電理論の新提案~

ad

2025-05-13 理化学研究所

理化学研究所(理研)量子コンピュータ研究センターの尚 程 特別研究員らの国際共同研究チームは、トポロジー特性と量子効果を融合させた革新的なエネルギー貯蔵デバイス「トポロジカル量子電池」を理論的に構築しました。この電池は、従来の量子電池が抱える「長距離での高効率エネルギー伝送の難しさ」や「散逸による性能低下」といった課題を、トポロジー特性の活用によって克服し、長距離完全充電と散逸免疫を理論的に実現できることを確認しました。研究成果は、2025年5月6日付で科学雑誌『Physical Review Letters』オンライン版に掲載されました。

トポロジカル量子電池の理論的構築~量子とトポロジーによる蓄給電理論の新提案~
トポロジカル量子電池の概略図

<関連情報>

トポロジカル量子電池 Topological Quantum Batteries

Zhi-Guang Lu, Guoqing Tian, Xin-You Lü, and Cheng Shang
Physical Review Letters  Published: 6 May, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.180401

Abstract

We propose an innovative design for quantum batteries (QBs) that involves coupling two-level systems to a topological photonic waveguide. Employing the resolvent method, we analytically explore the thermodynamic performance of QBs. First, we demonstrate that in the long-time limit, only bound states significantly contribute to the stored energy of QBs. We observe that near-perfect energy transfer can occur in the topologically nontrivial phase. Moreover, the maximum stored energy exhibits singular behavior at the phase boundaries, where the number of bound states undergoes a transition. Second, when a quantum charger and a quantum battery are coupled at the same sublattice within a unit cell, the ergotropy becomes immune to dissipation at that location, facilitated by a dark state and a topologically robust dressed bound state. Third, we show that as dissipation intensifies along with the emergence of the quantum Zeno effect, the charging power of QBs experiences a temporary boost. Our findings offer valuable guidance for improving quantum battery performance in realistic conditions through structured reservoir engineering.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました