論文の概要: Low-temperature quantum thermometry boosted by coherence generation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.05461v4
- Date: Mon, 20 Nov 2023 13:31:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-22 20:49:22.931935
- Title: Low-temperature quantum thermometry boosted by coherence generation
- Title（参考訳）: コヒーレンス生成による低温量子温度測定
- Authors: Asghar Ullah, M. Tahir Naseem, and \"Ozg\"ur E.
M\"ustecapl{\i}o\u{g}lu
- Abstract要約: 温度計プローブに量子コヒーレンスを発生させることにより温度範囲と感度を向上させる低温測定法を提案する。
我々は,2レベル量子システム(qubit)をプローブとして使用し,アンシラ量子ビットの集合をインターフェースとして導入することにより,試料への直接プローブアクセスを防止する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The precise measurement of low temperatures is significant for both the
fundamental understanding of physical processes and technological applications.
In this work, we present a method for low-temperature measurement that improves
thermal range and sensitivity by generating quantum coherence in a thermometer
probe. Typically, in temperature measurements, the probes thermalize with the
sample being measured. However, we use a two-level quantum system, or qubit, as
our probe and prevent direct probe access to the sample by introducing a set of
ancilla qubits as an interface. We describe the open system dynamics of the
probe using a global master equation and demonstrate that while the
ancilla-probe system thermalizes with the sample, the probe \textit{per se}
evolves into a nonthermal steady state due to nonlocal dissipation channels.
The populations and coherences of this steady state depend on the sample
temperature, allowing for precise and wide-range low-temperature estimation. We
characterize the thermometric performance of the method using quantum Fisher
information and show that the quantum Fisher information can exhibit multiple
and higher peaks at different low temperatures with increasing quantum
coherence and the number of ancilla qubits. Our analysis reveals that the
proposed approach, using a nonthermal qubit thermometer probe with
temperature-dependent quantum coherence generated by a multiple qubit interface
between a thermal sample and the probe qubit, can enhance the sensitivity of
temperature estimation and broaden the measurable low-temperature range.
- Abstract（参考訳）: 物理過程の基本的な理解と技術応用の両方において、低温の正確な測定は重要である。
本研究では,温度計プローブに量子コヒーレンスを生成することで,温度範囲と感度を向上させる低温測定法を提案する。
通常、温度測定では、プローブは試料を測定して熱化する。
しかし、我々は2レベル量子システム(qubit)をプローブとして使用し、ancilla qubitsのセットをインターフェースとして導入することにより、サンプルへの直接プローブアクセスを防止する。
大域的マスター方程式を用いてプローブの開系力学を記述し、アンシラ-プローブ系が試料と熱分解する一方、プローブ \textit{per se} は非局所散逸チャネルにより非熱定常状態へと発展することを示した。
この定常状態の個体数とコヒーレンスはサンプル温度に依存するため、高精度で広い範囲の低温推定が可能となる。
量子フィッシャー情報を用いて,本手法の温度測定性能を特徴付け, 量子コヒーレンスの増加とアンシラ量子ビット数の増加により, 異なる低温で複数の高いピークを示すことができることを示す。
提案手法は, 温度依存性の量子コヒーレンスを持つ非熱クビット温度計プローブを用いて, 温度推定の感度を高め, 測定可能な低温範囲を拡大できることを示す。
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