噪声环境下冻结与增长的量子功:相干性与关联作为核心资源

该研究团队针对典型马尔可夫噪声通道下的量子系统,探究了功提取能力(ergotropy)分解为不相干与相干分量的机制。不相干分量源于退相位后能量本征基上的粒子数反转,而相干分量则反映了量子相干性在功提取中的作用。对于单量子比特系统,研究人员推导出相干功提取冻结与增强的显式条件,并给出了不超过系统量子相干性二分之一的解析上限。随后,该工作研究了局域噪声下两类可分离双量子比特态:对于局部完全被动且无局域相干性的贝尔对角态,证明了可提取总功等于几何量子关联与经典关联的平均值,此时相干功提取虽可在特定噪声条件下冻结但无法增强;而具有局域相干性的可分离态,在包括相位翻转与退极化噪声在内的所有考察噪声通道中,相干功提取均可提升。将分析拓展至多体系统时,发现噪声诱导增强的幅度和范围均随量子比特数增加而增长,呈现出集体强化效应。最后,通过具体案例阐明纠缠并不阻碍这种增强——即使对纠缠态,相干功提取仍可在噪声作用下提升。这些结果揭示了噪声辅助能量存储的新机制,挑战了噪声纯有害的传统认知,并表明噪声辅助增强与基于纠缠的量子电池快速充电机制可能具有兼容性。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-02-21 15:01

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