中心自旋量子电池中的纠缠与功提取

我们考虑一种中心自旋电池，其中$N_b$个中心自旋作为电池单元，$N_c$个浴自旋作为充电单元。研究表明，电池中可提取的储能由ergotropy量化，而电池-充电器纠缠通过Von Neumann熵量化。通过对单单元与双单元电池的精确方法，我们的解析结果表明：在充电过程中，可提取功在电池-充电器纠缠达到最大前缓慢增加，随后当纠缠开始减小时迅速增加。特别地，我们严格证明在充电过程结束时可提取功与纠缠之间存在反比关系。此外，我们研究了实现无能量浪费的最优功提取的不同方法。其中，以非极化Dicke态作为充电器的中心自旋电池具有普适充电时间$\propto 1/N_c$、较大的可提取功，以及相较Tavis-Cummings极限下电池$\sqrt{N_c}$倍的充电功率提升。上述结果也在多单元电池中得到数值验证。我们的结果为改善中心自旋电池的可提取功存储铺平道路，并凸显了可提取功与电池-充电器纠缠之间的竞争关系。