論文の概要: Finite-Size Effects in Quantum Metrology at Strong Coupling: Microscopic vs Phenomenological Approaches

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.19994v1
• Date: Sat, 26 Jul 2025 16:20:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-29 16:23:56.663318
• Title: Finite-Size Effects in Quantum Metrology at Strong Coupling: Microscopic vs Phenomenological Approaches
• Title（参考訳）: 強い結合における量子メトロロジーにおける有限サイズ効果:顕微鏡と現象学的アプローチ
• Authors: Ali Pedram, Özgür E. Müstecaplıoğlu,
• Abstract要約: 本研究では, 熱浴に強く結合したスピン鎖の最大精度限界について検討し, 一般パラメータの測定を行った。 有限サイズ効果を無視すると、平衡温度測定の最終的な精度境界にかなりの誤差が生じることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We study the ultimate precision limits of a spin chain, strongly coupled to a heat bath, for measuring a general parameter and report the results for specific cases of magnetometry and thermometry. Employing a full polaron transform, we derive the effective Hamiltonian and obtain analytical expressions for the quantum Fisher information (QFI) of equilibrium states in both weak coupling (WC) and strong coupling (SC) regimes for a general parameter, explicitly accounting for finite-size (FS) effects. Furthermore, we utilize Hill's nanothermodynamics to calculate an effective QFI expression at SC. Our results reveal a potential advantage of SC for thermometry at low temperatures and demonstrate enhanced magnetometric precision through control of the anisotropy parameter. Crucially, we show that neglecting FS effects leads to considerable errors in ultimate precision bounds for equilibrium thermometry. This work also highlights the inadequacy of phenomenological approaches in describing the metrological capability and thermodynamic behavior of systems at SC. Additionally, we demonstrate the effect of bath on system's phase transition at SC.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, スピン鎖の最大精度限界を熱浴に強く結合し, 一般パラメータを計測し, 磁気測定および熱測定の特定の事例について報告する。 フルポーラロン変換を用いると、有効ハミルトニアンを導出し、弱結合(WC)と強結合(SC)の両方における平衡状態の量子フィッシャー情報(QFI)の解析式を求め、有限サイズ(FS)効果を明示的に考慮する。 さらに,Hillのナノ熱力学を用いて,SCにおける効率的なQFI表現を計算した。 その結果,低温での温度測定におけるSCの有用性が明らかとなり,異方性パラメータの制御による磁気的精度の向上が示された。 重要なことは、FS効果の無視は平衡温度測定の最終的な精度境界にかなりの誤差をもたらすことを示している。 この研究は、SCにおけるシステムの気象能力と熱力学的挙動を記述する上で、現象学的アプローチが不十分であることも強調している。 さらに,浴槽がSCにおけるシステム相転移に及ぼす影響を実証した。

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