Controlling Energy Storage Crossing Quantum Phase Transitions in an Integrable Spin Quantum Battery

物理 量子 自旋(空气动力学) 量子相变 平交道口 可积系统 量子力学 凝聚态物理 数学物理 历史 热力学 考古
作者
Riccardo Grazi,Daniel Sacco Shaikh,Maura Sassetti,Niccolò Traverso Ziani,Dario Ferraro
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:133 (19) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevlett.133.197001
摘要

We investigate the performance of a one-dimensional dimerized $XY$ chain as a spin quantum battery. Such integrable model shows a rich quantum phase diagram that emerges through a mapping of the spins onto auxiliary fermionic degrees of freedom. We consider a charging protocol relying on the double quench of an internal parameter, namely the strength of the dimerization, and address the energy stored in the systems. We observe three distinct regimes, depending on the timescale characterizing the duration of the charging: a short-time regime related to the dynamics of the single dimers, a long-time regime related to the recurrence time of the system at finite size, and a thermodynamic limit time regime. In the latter, the energy stored is almost unaffected by the charging time and the precise values of the charging parameters, provided the quench crosses a quantum phase transition. Finally, we analytically prove that the three-timescale behavior and the strong dependence of the energy stored on the quantum phase diagram also hold in the quantum Ising chain in a transverse field. Our results can play a relevant role in the design of stable solid-state quantum batteries.
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