論文の概要: Taking the temperature of a pure quantum state

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.16601v3
• Date: Tue, 8 Mar 2022 18:57:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-06 03:33:07.869362
• Title: Taking the temperature of a pure quantum state
• Title（参考訳）: 純粋な量子状態の温度を取る
• Authors: Mark T. Mitchison, Archak Purkayastha, Marlon Brenes, Alessandro Silva, and John Goold
• Abstract要約: 温度は一見単純な概念で、量子物理学研究の最前線ではまだ深い疑問が浮かび上がっています。 本稿では,量子干渉による純状態の温度測定手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 55.41644538483948
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Temperature is a deceptively simple concept that still raises deep questions at the forefront of quantum physics research. The observation of thermalisation in completely isolated quantum systems, such as cold-atom quantum simulators, implies that a temperature can be assigned even to individual, pure quantum states. Here, we propose a scheme to measure the temperature of such pure states through quantum interference. Our proposal involves interferometry of an auxiliary qubit probe, which is prepared in a superposition state and subsequently decoheres due to weak coupling with a closed, thermalised many-body system. Using only a few basic assumptions about chaotic quantum systems -- namely, the eigenstate thermalisation hypothesis and the emergence of hydrodynamics at long times -- we show that the qubit undergoes pure exponential decoherence at a rate that depends on the temperature of its surroundings. We verify our predictions by numerical experiments on a quantum spin chain that thermalises after absorbing energy from a periodic drive. Our work provides a general method to measure the temperature of isolated, strongly interacting systems under minimal assumptions.
• Abstract（参考訳）: 温度は一見単純な概念で、量子物理学研究の最前線ではまだ深い疑問が浮かび上がっています。 冷原子量子シミュレータのような完全に単離された量子系における熱化の観測は、個々の純粋な量子状態でさえ温度を割り当てることができることを示している。 本稿では,このような純粋な状態の温度を量子干渉によって測定する手法を提案する。 本提案では, 重ね合わせ状態で作製した補助量子ビットプローブの干渉測定を行い, 閉熱多体系との弱結合により分解する。 カオス量子系、すなわち固有状態熱化仮説と長時間の流体力学の出現に関するいくつかの基本的な仮定を用いて、量子ビットはその周囲温度に依存する速度で純粋に指数関数的デコヒーレンスを受けることを示した。 周期的駆動からエネルギーを吸収した後、熱分解する量子スピンチェーンの数値実験により予測を検証した。 本研究は, 孤立した強相互作用系の温度を最小仮定下で測定する一般的な方法である。

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