論文の概要: Optimal Quantum Thermometry with Coarse-grained Measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.10513v2
- Date: Thu, 20 May 2021 13:10:07 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-23 14:57:14.227146
- Title: Optimal Quantum Thermometry with Coarse-grained Measurements
- Title（参考訳）: 粗粒度測定による最適量子温度測定
- Authors: Karen V. Hovhannisyan, Mathias R. J{\o}rgensen, Gabriel T. Landi,
\'Alvaro M. Alhambra, Jonatan B. Brask and Mart\'i Perarnau-Llobet
- Abstract要約: 粗い粒度しか測定できない場合の温度推定の精度限界について検討する。
本結果は多体系および非平衡熱測定に応用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Precise thermometry for quantum systems is important to the development of
new technology, and understanding the ultimate limits to precision presents a
fundamental challenge. It is well known that optimal thermometry requires
projective measurements of the total energy of the sample. However, this is
infeasible in even moderately-sized systems, where realistic energy
measurements will necessarily involve some coarse graining. Here, we explore
the precision limits for temperature estimation when only coarse-grained
measurements are available. Utilizing tools from signal processing, we derive
the structure of optimal coarse-grained measurements and find that good
temperature estimates can generally be attained even with a small number of
outcomes. We apply our results to many-body systems and nonequilibrium
thermometry. For the former, we focus on interacting spin lattices, both at and
away from criticality, and find that the Fisher-information scaling with system
size is unchanged after coarse-graining. For the latter, we consider a probe of
given dimension interacting with the sample, followed by a measurement of the
probe. We derive an upper bound on arbitrary, nonequilibrium strategies for
such probe-based thermometry and illustrate it for thermometry on a
Bose-Einstein condensate using an atomic quantum-dot probe.
- Abstract（参考訳）: 量子システムの精密温度測定は、新しい技術の開発において重要であり、精度に対する究極の限界を理解することは根本的な課題である。
最適温度測定には試料の全エネルギーの投影的測定が必要であることが知られている。
しかし、現実のエネルギー測定が粗い粒度を必要とするような中程度のシステムでさえ、これは実現不可能である。
本稿では,粗粒度測定のみが可能な場合の温度推定の精度限界について検討する。
信号処理のツールを利用することで, 最適粗粒度測定の構造を導出し, 少ない結果でも良好な温度推定が可能となることを見出した。
本結果は多体系および非平衡熱測定に応用する。
前者の場合、臨界点から離れてスピン格子を相互作用させることに集中し、粗粒化後、システムサイズでのフィッシャー情報スケーリングが変化しないことを見いだす。
後者については、サンプルと相互作用する所定の次元のプローブを検討し、次いでプローブの測定を行う。
このようなプローブに基づく熱測定の任意の非平衡戦略に基づいて上界を導出し、原子量子ドットプローブを用いてボース・アインシュタイン凝縮体上での熱測定を行う。
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