量子电池能量抽取中的波动：如何控制其开放性？

我们探讨了量子电池可提取能量的波动性与 (a) 电池系统开放程度以及 (b) 电池规模之间的关系。我们检讨了三类用于能量抽取的量子过程：单位操作、完全正迹保持（CPTP）映射以及任意量子映射，包括可实现的非 CPTP 映射。我们表明，这三类过程对固定的量子电池均产生相同的平均可提取能量。此外，开放系统在控制固定量子电池的波动方面更为优越：而随机单位操作导致可提取能量的非零波动，后两类过程则导致可提取能量的波动消失。进一步地，当实现非单位可实现映射所需的辅助系统维数受限为 $n$ 时，可提取能量的波动随 $1/n$ 缩放（CPTP 映射），优于一般量子映射观察到的 $\ln{n}/n$ 缩放。在开放动力学中，因而，基于随机 CPTP 映射的能量抽取相对于基于任意量子映射的过程在波动韧性方面表现更佳。随后我们得出，对于所有三类过程，可提取能量的波动随电池维数的倒数进行缩放。因此，在拥有大规模量子电池的前提下，单位映射在波动方面（即尽可能低）与更资源密集的开放映射表现相当。这些结果凸显了电池性能与实现抽取过程资源成本之间的根本性权衡。