論文の概要: Optimal nonequilibrium thermometry in Markovian environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.04425v2
- Date: Thu, 1 Dec 2022 10:57:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-23 00:02:02.351258
- Title: Optimal nonequilibrium thermometry in Markovian environments
- Title（参考訳）: マルコフ環境における最適非平衡温度測定
- Authors: Pavel Sekatski, Mart\'i Perarnau-Llobet
- Abstract要約: サンプル-プローブ相互作用の一般クラスでは,測定の不確実性のスケーリングはプロセスの時間に逆比例することがわかった。
プローブとサンプルの相互作用によって引き起こされるラムシフトが温度測定において重要な役割を担っていることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: What is the minimum time required to take a temperature? In this paper, we
solve this question for a large class of processes where temperature is
inferred by measuring a probe (the thermometer) weakly coupled to the sample of
interest, so that the probe's evolution is well described by a quantum
Markovian master equation. Considering the most general control strategy on the
probe (adaptive measurements, arbitrary control on the probe's state and
Hamiltonian), we provide bounds on the achievable measurement precision in a
finite amount of time, and show that in many scenarios these fundamental limits
can be saturated with a relatively simple experiment. We find that for a
general class of sample-probe interactions the scaling of the measurement
uncertainty is inversely proportional to the time of the process, a shot-noise
like behaviour that arises due to the dissipative nature of thermometry. As a
side result, we show that the Lamb shift induced by the probe-sample
interaction can play a relevant role in thermometry, allowing for finite
measurement resolution in the low-temperature regime. More precisely, the
measurement uncertainty decays polynomially with the temperature as
$T\rightarrow 0$, in contrast to the usual exponential decay with $T^{-1}$. We
illustrate these general results for (i) a qubit probe interacting with a
bosonic sample, where the role of the Lamb shift is highlighted, and (ii) a
collective superradiant coupling between a $N$-qubit probe and a sample, which
enables a quadratic decay with $N$ of the measurement uncertainty.
- Abstract（参考訳）: 温度を測るのに必要な最低時間は何時ですか。
本稿では,興味のある試料と弱結合したプローブ(温度計)を測定して温度を推定するプロセスにおいて,この問題を解くことにより,プローブの進化を量子マルコフマスター方程式によりよく記述する。
プローブ上の最も一般的な制御戦略(適応測定、プローブの状態およびハミルトニアンの任意の制御)を考えると、我々は有限時間内に達成可能な測定精度の境界を提供し、多くのシナリオにおいてこれらの基本的な限界が比較的単純な実験で飽和できることを示す。
試料-プローブ相互作用の一般クラスでは, 測定の不確かさのスケーリングはプロセスの時間と逆比例し, 温度測定の散逸性に起因するショットノイズのような挙動が生じることがわかった。
その結果, プローブ-サンプル相互作用によって誘起されるラムシフトが温度測定において重要な役割を担い, 低温状態での有限測定分解能が期待できることがわかった。
より正確には、測定の不確かさは、通常の指数崩壊である$t^{-1}$とは対照的に、温度が$t\rightarrow 0$と多項式的に崩壊する。
これらの一般的な結果を説明します
i) ボソニックサンプルと相互作用するクォービットプローブで、ラムシフトの役割が強調され、
(ii)$N$-qubitプローブとサンプルとの集合超ラジカルカップリングにより、測定の不確かさを$N$で二次崩壊させることができる。
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