論文の概要: Limitations of strong coupling in non-Markovian quantum thermometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.01596v1
- Date: Thu, 02 Oct 2025 02:20:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-03 21:54:12.821146
- Title: Limitations of strong coupling in non-Markovian quantum thermometry
- Title（参考訳）: 非マルコフ量子温度測定における強結合の限界
- Authors: Qing-Shou Tan, Yang Liu, Xulin Liu, Hao Chen, Xing Xiao, Wei Wu,
- Abstract要約: 非マルコフ環境に埋め込まれた単一量子ビットプローブを用いて量子温度測定を行う。
以上の結果から,量子温度測定の基本的な制約と可能性を明らかにした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.399766062432928
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We investigate quantum thermometry using a single-qubit probe embedded in a non-Markovian environment, employing the numerically exact hierarchical equations of motion (HEOM) to overcome the limitations of Born-Markov approximations. Through a systematic analysis of the dynamical and steady-state behavior of the quantum signal-to-noise ratio (QSNR) for temperature estimation, we identify several key findings that challenge the conventional expectation that strong coupling necessarily enhances thermometric performance. In non-equilibrium dynamical thermometry, weak system-environment coupling generally yields the optimal QSNR, whereas in the steady-state regime, strong coupling enhances sensitivity only in the ultra-low-temperature limit, while weak coupling significantly improves precision at moderately low temperatures. To optimize performance across coupling regimes, we develop a hybrid computational framework that integrates HEOM with quantum-enhanced particle swarm optimization, enabling precise quantum dynamical control under varying coupling strengths. Our results reveal fundamental constraints and opportunities in quantum thermometry, offering practical strategies for the design of high-performance quantum thermometers operating in realistic open quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 非マルコフ環境に埋め込まれた単一量子ビットプローブを用いて量子温度測定を行い、ボルン・マルコフ近似の限界を克服するために数値的に正確な運動方程式(HEOM)を用いた。
温度推定のための量子信号-雑音比(QSNR)の動的および定常挙動の系統的解析を通じて、強いカップリングが必ずしも熱メトリック性能を高めるという従来の期待に挑戦するいくつかの重要な知見を同定する。
非平衡力学熱測定では、弱い系-環境結合は一般的に最適QSNRをもたらすが、定常状態では強い結合は極低温の限界においてのみ感度を高めるが、弱い結合は適度な低温での精度を著しく向上させる。
本研究では, HEOMと量子強化粒子群最適化を統合し, 結合強度の異なる量子力学制御を実現するハイブリッド計算フレームワークを開発した。
本研究は,現実的なオープン量子システムで動作する高性能量子温度計の設計のための実践的戦略として,量子温度測定の基本的な制約と可能性を明らかにするものである。
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