論文の概要: Probing the Limits of Dispersive Quantum Thermometry with a Nonlinear Mach-Zehnder-Based Quantum Simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.04246v1
• Date: Sun, 06 Jul 2025 05:15:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-08 15:46:35.083696
• Title: Probing the Limits of Dispersive Quantum Thermometry with a Nonlinear Mach-Zehnder-Based Quantum Simulator
• Title（参考訳）: 非線形マッハ・ツェンダー型量子シミュレータによる分散量子温度測定の限界を求める
• Authors: Daniel Y. Akamatsu, Lucas Ferreira R. de Moura, Gabriella G. Damas, Gentil D. de Moraes Neto, Victor Montenegro, Norton G. de Almeida,
• Abstract要約: 温度推定(英: temperature estimation)は、量子状態で動作する物理系において重要な検知タスクである。 本研究では、単一モード量子化電磁場によって分散された同一および独立な2レベル原子の集合の未知温度を推定する。 量子ディジタルシミュレーションにより実現した非線形マッハ・ツェンダー干渉計に基づく量子温度計を提案し,実装する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Temperature estimation, known as thermometry, is a critical sensing task for physical systems operating in the quantum regime. Indeed, thermal fluctuations can significantly degrade quantum coherence. Therefore, accurately determining the system's operating temperature is a crucial first step toward distinguishing thermal noise from other sources of decoherence. In this work, we estimate the unknown temperature of a collection of identical and independent two-level atoms dispersively probed by a single-mode quantized electromagnetic field. In contrast to previous works, we present an analytical sensing analysis demonstrating that the joint atom-field evolution -- without any assumptions or approximations -- can achieve, at best, the standard quantum limit of precision concerning the number of field excitations. To investigate our analysis further, we propose and implement a quantum thermometer based on a nonlinear Mach-Zehnder interferometer, which we realize through quantum digital simulation. Our simulation is highly flexible regarding atomic state preparation, allowing the initialization of atomic ensembles with positive and effective negative temperatures. This makes our platform a promising and versatile testbed for benchmarking thermometric capabilities in current quantum simulators.
• Abstract（参考訳）: 温度推定(英: temperature estimation)は、量子状態で動作する物理系において重要な検知タスクである。 実際、熱ゆらぎは量子コヒーレンスを著しく低下させることができる。 したがって、システムの動作温度を正確に決定することは、熱ノイズと他の脱コヒーレンス源とを区別するための重要な第一歩である。 本研究では、単一モード量子化電磁場によって分散された同一および独立な2レベル原子の集合の未知温度を推定する。 従来の研究とは対照的に、結合原子-場の進化(仮定や近似なしに)が、少なくとも、場の励起数に関する精度の標準的な量子限界を達成できることを示す分析的センシング分析を提示する。 本研究では, 非線形マッハ・ツェンダー干渉計に基づく量子温度計を提案し, 量子ディジタルシミュレーションにより実現した。 我々のシミュレーションは原子状態の調製に関して非常に柔軟であり、正負の温度と有効負の温度で原子アンサンブルを初期化することができる。 これにより、我々のプラットフォームは、現在の量子シミュレータの温度測定能力をベンチマークするための有望で多用途なテストベッドになります。

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