論文の概要: Quantum Fisher information as a witness of non-Markovianity and criticality in the spin-boson model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.16413v2
• Date: Fri, 05 Sep 2025 09:39:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.259109
• Title: Quantum Fisher information as a witness of non-Markovianity and criticality in the spin-boson model
• Title（参考訳）: スピンボソンモデルにおける非マルコビアン性および臨界性の証人としての量子フィッシャー情報
• Authors: Daniele Parlato, Grazia Di Bello, Fabrizio Pavan, Giulio De Filippis, Carmine Antonio Perroni,
• Abstract要約: スピンボソンモデルを用いて静的および動的量子フィッシャー情報行列要素の計算を行う。 我々は,ハミルトン基底状態に対する結合結合行列要素が絡み合い成長と関連し,ベレジンスキー-コステリッツ-Thouless量子相転移を示すことを示す。 時間依存行列要素は、トルーズ点におけるコヒーレントな状態から非コヒーレントな状態への遷移と同様に、非マルコフ効果を明らかにすることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The quantum Fisher information, the quantum analogue of the classical Fisher information, is a central quantity in quantum metrology and quantum sensing due to its connection to parameter estimation and fidelity susceptibility. Using numerically exact methods applied to a paradigmatic open quantum system, the spin-boson model, we calculate both static and dynamical quantum Fisher information matrix elements with respect to spin-bath couplings and magnetic field strengths. As the spin-bath interaction increases, we first show that the coupling-coupling matrix elements relative to the ground state of the Hamiltonian are linked to the entanglement growth and signal the Berezinskii-Kosterlitz-Thouless quantum phase transition through their non-monotonic behavior. Furthermore, we demonstrate that the time-dependent matrix elements can reveal non-Markovian effects as well as the transition from the coherent to incoherent regime at the Toulouse point, remaining robust under pure dephasing noise. Non-monotonic signatures of the quantum Fisher information matrix reflect changes in quantum resources such as entanglement and coherence, quantify non-Markovian behavior, and enable criticality-enhanced quantum sensing, thereby shedding light on key features of open quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 量子フィッシャー情報 (quantum Fisher information) は古典的フィッシャー情報(英語版)の量子アナログであり、量子距離論と量子センシングの中心的な量である。 スピン-ボソンモデルであるパラダイム的オープン量子システムに適用された数値的精度の手法を用いて、スピン-バス結合と磁場強度に関する静的および動的量子フィッシャー情報行列要素を計算する。 スピンバス相互作用が増加するにつれて、ハミルトニアン基底状態に対する結合結合行列要素が絡み合い成長と関連し、非単調な挙動を通じてベレジンスキー-コステリッツ-チューレス量子相転移をシグナルすることを示す。 さらに、時間依存行列要素は、トルーズ点におけるコヒーレントな状態から非コヒーレントな状態への遷移と同様に、非マルコフ効果を明らかにすることができ、純粋なデフォーカスノイズ下では頑健であることを示す。 量子フィッシャー情報行列の非単調なシグネチャは、絡み合いやコヒーレンスのような量子資源の変化を反映し、非マルコフ的な振る舞いを定量化し、臨界度を増強した量子センシングを可能にし、オープンな量子システムの重要な特徴に光を当てる。

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