論文の概要: Multi-spin probes for thermometry in the strong-coupling regime

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.04232v2
• Date: Tue, 3 Oct 2023 22:46:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-05 21:17:13.144315
• Title: Multi-spin probes for thermometry in the strong-coupling regime
• Title（参考訳）: 強結合状態における温度測定用マルチスピンプローブ
• Authors: Marlon Brenes and Dvira Segal
• Abstract要約: 本研究では,N$スピンからなる熱測定プローブの感度について,温度$T$で調製した試料に結合した感度について検討した。 単スピンプローブが$(N = 1)$の場合、弱い中間結合強度の条件下で温度感度が低下することがわかった。 カップリングが増加するにつれて、低温状態におけるプローブの感度ははるかに高くなる。
• 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: We study the sensitivity of thermometric probes that are composed of $N$ spins coupled to a sample prepared at temperature $T$. Our analysis extends beyond the weak-coupling limit into the strong sample-probe coupling regime. In particular, sample-induced interactions between each of the spins are generated via strong coupling effects and are not fine-tuned amongst each body composing the probe. By employing the reaction-coordinate mapping to evaluate the non-canonical equilibrium state of the probe at finite coupling, we compute the thermometric sensitivity via the quantum Fisher information through the equilibrium state itself. We find that for single-spin probes $(N = 1)$, temperature sensitivity decreases in the regime of weak-to-intermediate coupling strength, however, as the coupling increases we observe much higher sensitivity of the probe in the low-temperature regime. Furthermore, as long as $N > 1$, there exist optimal values of the sample-probe interaction energy that allow one to attain enhanced thermometric sensitivity when compared to the maximum achieved precision obtained from thermal Gibbs states at weak coupling, particularly in the regime of low temperature. Finally, we show that this enhanced sensitivity may be observed from suboptimal measurements.
• Abstract（参考訳）: 温度$t$で調製した試料にn$のスピンを結合した熱測定プローブの感度について検討した。 我々の分析は弱い結合限界を超えて強いサンプル-プローブカップリングレジームにまで及んでいる。 特に、各スピン間のサンプル誘起相互作用は強いカップリング効果によって生成され、プローブを構成する各物体間で微調整されていない。 反応座標マッピングを用いて、プローブの非正準平衡状態を有限結合で評価することにより、平衡状態自体を通じて量子フィッシャー情報を介して熱量感度を計算する。 単スピンプローブが$(N = 1)$の場合、温度感度は弱い中間結合強度のレギュレーションで低下するが、結合の増大に伴い、低温のレギュレーションにおいてプローブのより高い感度が観察される。 さらに、N > 1$ である限り、試料-プローブ相互作用エネルギーの最適値が存在し、特に低温の状態では、熱ギブス状態から得られる最大精度と比較して、温度測定感度を高めることができる。 最後に, この感度の増大は, サブオプティカルな測定から観察できることを示した。

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