基于自旋充电器的容量与功率兼备的集体充电

量子电池作为一种微纳器件，用于在量子层级存储与再分配能量。本文提出一种自旋充电器协议，其中电池单元通过一般的海森堡XY相互作用由有限数量自旋充电。在各向同性相互作用下，相较于电池由连续变量系统（如腔模）充电的传统协议，自旋充电器协议在最大存储能量方面具有更高容量。通过调节充电器尺寸，与Tavis-Cummings模型中的腔充电器协议相比，发现了最大存储能量与平均充电功率之间的权衡。将集体充电方案与其并行对应方案比较，我们协议的最优平均功率随电池尺寸的标度行为彰显了量子优势。我们还讨论了电池与充电器间的各向异性相互作用、二者非理想初始态以及充电器自旋间串扰对充电性能的有害影响。强充电器-充电器相互作用可用于解耦电池与充电器。我们关于自旋充电器协议优于传统腔充电器协议（包括高能量存储容量与集体充电中的优越幂律）的发现，为基于自旋-自旋-环境模型开发高效量子电池提供了见解。