論文の概要: Multiparameter critical quantum metrology with impurity probes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.16931v1
- Date: Tue, 28 Nov 2023 16:32:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-29 17:41:21.132168
- Title: Multiparameter critical quantum metrology with impurity probes
- Title（参考訳）: 不純物プローブを用いた多パラメータ臨界量子メトロジー
- Authors: George Mihailescu, Abolfazl Bayat, Steve Campbell, Andrew K. Mitchell
- Abstract要約: 臨界量子量論の新しいパラダイムとして、2IKモデルを導入する。
既知の制御場を適用することにより,特異性を除去し,測定感度を回復できることを実証する。
- 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: Quantum systems can be used as probes in the context of metrology for
enhanced parameter estimation. In particular, the delicacy of critical systems
to perturbations can make them ideal sensors. Arguably the simplest realistic
probe system is a spin-1/2 impurity, which can be manipulated and measured
in-situ when embedded in a fermionic environment. Although entanglement between
a single impurity probe and its environment produces nontrivial many-body
effects, criticality cannot be leveraged for sensing. Here we introduce instead
the two-impurity Kondo (2IK) model as a novel paradigm for critical quantum
metrology, and examine the multiparameter estimation scenario at finite
temperature. We explore the full metrological phase diagram numerically and
obtain exact analytic results near criticality. Enhanced sensitivity to the
inter-impurity coupling driving a second-order phase transition is evidenced by
diverging quantum Fisher information (QFI) and quantum signal-to-noise ratio
(QSNR). However, with uncertainty in both coupling strength and temperature,
the multiparameter QFI matrix becomes singular -- even though the parameters to
be estimated are independent -- resulting in vanishing QSNRs. We demonstrate
that by applying a known control field, the singularity can be removed and
measurement sensitivity restored. For general systems, we show that the
degradation in the QSNR due to uncertainties in another parameter is controlled
by the degree of correlation between the unknown parameters.
- Abstract（参考訳）: 量子システムは、パラメータ推定の強化のために、メトロジーの文脈におけるプローブとして使用できる。
特に、臨界系の摂動に対するデリカシーは、それらを理想的なセンサーにすることができる。
おそらく最も単純な現実的なプローブシステムはスピン1/2不純物であり、フェルミオン環境に埋め込まれた時にその場で操作および測定することができる。
単一不純物プローブとその環境の間の絡み合いは非自明な多体効果をもたらすが、臨界性はセンシングに利用できない。
ここでは、臨界量子量論の新しいパラダイムとして、2IKモデルを導入し、有限温度でのマルチパラメータ推定シナリオについて検討する。
本研究は,全相図を数値的に探索し,臨界付近で正確な解析結果を得る。
2次相転移を駆動する不純物間カップリングに対する感度の向上は、量子フィッシャー情報(QFI)と量子信号対雑音比(QSNR)のばらつきによって証明される。
しかし、結合強度と温度の両面で不確実性があるため、推定されるパラメータは独立であるにもかかわらず、マルチパラメータQFI行列は特異となる。
既知の制御場を適用することで特異性を除去し,測定感度を回復できることを示す。
一般的なシステムでは、他のパラメータの不確かさによるQSNRの劣化は未知パラメータ間の相関度によって制御される。
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