Optimal state for a Tavis-Cummings quantum battery via the Bethe ansatz method

光子 电池(电) 安萨茨 物理 量子退相干 量子 领域(数学) 量子力学 量子态 能量(信号处理) 国家(计算机科学) 统计物理学 功率(物理) 数学 算法 纯数学
作者
Wangjun Lu,Jie Chen,Le‐Man Kuang,Xiaoguang Wang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:104 (4) 被引量:22
标识
DOI:10.1103/physreva.104.043706
摘要

In this paper, we investigate the effect of different optical field initial states on the performance of the Tavis-Cummings (TC) quantum battery. In solving the dynamical evolution of the system, we found a fast way to solve the Bethe ansatz equation. We find that the stored energy and the average charging power of the TC quantum battery are closely related to the probability distribution of the optical field initial state in the number states. We define a quantity called the number-state stored energy. With this prescribed quantity, we only need to know the probability distribution of the optical field initial state in the number states to obtain the stored energy and the average charging power of the TC quantum battery at any time. We propose an equal probability and equal expected value splitting method by which we can obtain two inequalities, and the two inequalities can be reduced to Jensen's inequalities. By this method, we found the optimal initial state of the optical field. We found that the maximum stored energy and the maximum average charging power of the TC quantum battery are proportional to the initial average photon number, and the quantum battery can be fully charged when the initial average photon number is large enough. We found two phenomena, which can be described by two empirical inequalities. These two phenomena imply the hypersensitivity of the stored energy of the TC quantum battery to the number-state cavity field. Finally, we discuss the impact of decoherence on battery performance.
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