論文の概要: Harnessing energy transitions for low-temperature thermometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14898v1
• Date: Thu, 19 Dec 2024 14:28:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-20 13:30:48.308255
• Title: Harnessing energy transitions for low-temperature thermometry
• Title（参考訳）: 低温温度測定のための高調波エネルギー遷移
• Authors: Asghar Ullah, Vipul Upadhyay, Özgür E. Müstecaplıoğlu,
• Abstract要約: 本研究では,ハイゼンベルク$XX$とジアロシンスキー=モリヤ相互作用によって支配されるクビット鎖を用いた温度測定の範囲と精度を拡大する手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We present a scheme to extend the range and precision of temperature measurements employing a qubit chain governed by Heisenberg $XX$ and Dzyaloshinskii-Moriya (DM) interactions. Our approach leverages the absence of coherences in the probe qubit's density matrix, enabling the probe to act as a detector for distinct transition frequencies within the system. By systematically tuning system parameters, we show that the number of measurable transition frequencies - and consequently, the quantum Fisher information (QFI) peaks - grows linearly with the size of the qubit chain. This linear scaling offers a scalable pathway for thermometry, allowing the measurement of a broad range of temperatures with a single probe qubit. We begin by investigating a two-qubit system coupled via the same interactions, demonstrating that the allowed energy transitions result in different temperature sensitivity profiles characterized by single and multiple peaks in QFI. Finally, we extend our analysis to a chain of an arbitrary number of ancilla qubits and find that adding more energy transitions can further widen the temperature estimation range, making it possible to estimate the ultralow temperatures through the emergence of an arbitrary number of peaks in QFI. Our findings highlight the potential of qubit chain systems as efficient and precise tools for low-temperature quantum thermometry.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,Heisenberg $XX$とDzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用によって支配されるクビット鎖を用いた温度測定の範囲と精度を拡大する手法を提案する。 我々のアプローチでは、プローブ量子ビットの密度行列にコヒーレンスがないことを利用して、プローブはシステム内の異なる遷移周波数の検出器として機能する。 システムパラメータを体系的に調整することにより、量子フィッシャー情報(QFI)ピークの計測可能な遷移周波数の数が、量子ビットチェーンのサイズとともに線形に増加することを示す。 この線形スケーリングは、熱測定のためのスケーラブルな経路を提供し、単一のプローブ量子ビットで幅広い温度の測定を可能にする。 まず、同じ相互作用によって結合された2量子系を調べ、許容エネルギー遷移がQFIの単一ピークと複数ピークを特徴とする異なる温度感度プロファイルをもたらすことを示した。 最後に、任意の数のアシラ量子ビットの連鎖に解析を拡張し、より多くのエネルギー遷移を加えることで温度推定範囲をさらに拡大し、QFIにおける任意の数のピークの出現によって極低温を推定できることを示した。 我々の研究は、低温量子温度測定の効率的かつ高精度なツールとして、量子ビットチェーンシステムの可能性を強調した。

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