Equilibrium and nonequilibrium steady states with the repeated interaction protocol: relaxation dynamics and energetic cost
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Notice bibliographique
Résumé
Abstract We study the dynamics of a qubit system interacting with thermalized bath-ancilla spins via a repeated interaction scheme. Considering generic initial conditions for the system and employing a Heisenberg-type interaction between the system and the ancillas, we analytically prove the following: (i) the populations and coherences of the qubit system evolve independently toward a nonequilibrium steady-state solution, which is diagonal in the qubit’s energy eigenbasis. The population relaxes to this state geometrically, whereas the coherences decay through a more compound behavior. (ii) In the long time limit, the system approaches a steady state that generally differs from the thermal state of the ancilla. We derive this steady-state solution and show its dependence on the interaction parameters and collision frequency. (iii) We bound the number of interaction steps required to achieve the steady state within a specified error tolerance, and we evaluate the energetic cost associated with the process. Our key finding is that deterministic system-ancilla interactions do not typically result in the system thermalizing to the thermal state of the ancilla. Instead, they generate a distinct nonequilibrium steady state, which we explicitly derive. However, we also identify an operational regime that leads to thermalization with a few long and possibly randomized collisions.
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Prédiction distillée sur la base complète
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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