論文の概要: Nonequilibrium quantum thermometry with noncommutative system-bath couplings

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.19607v1
• Date: Mon, 22 Dec 2025 17:44:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-23 18:54:32.860837
• Title: Nonequilibrium quantum thermometry with noncommutative system-bath couplings
• Title（参考訳）: 非可換系-バスカップリングを用いた非平衡量子温度測定
• Authors: Youssef Aiache, Abderrahim El Allati, İlkay Demir, Khadija El Anouz,
• Abstract要約: ボゾン浴に結合した単一量子ビットプローブを用いた非平衡量子温度測定について検討した。 結合構造を調整することにより、プローブの温度感度は2次低温スケーリングを示す。 その結果,非可換系-バス結合は,高精度な量子温度測定を実現するための実用的で調整可能な資源であることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Accurate temperature estimation in the quantum and cryogenic regimes remains a fundamental challenge. Here, we investigate nonequilibrium quantum thermometry using a single-qubit probe coupled to a bosonic bath through noncommuting interaction operators, which unify pure dephasing and dissipative dynamics within a spin-boson model. We show that the interference between these two coupling channels induces strong non-Markovian feedback between populations and coherences, leading to coherence trapping and enhanced thermal sensitivity. Remarkably, by tuning the coupling structure, the probe's temperature sensitivity exhibits a quadratic low-temperature scaling, even under weak coupling. Moreover, while coherence-based measurements are formally suboptimal, they become the most informative in the early nonequilibrium regime, where memory effects dominate. Our findings identify noncommutative system-bath couplings as a practical and tunable resource for achieving high-precision quantum thermometry in realistic open-system architectures.
• Abstract（参考訳）: 量子及び低温状態における正確な温度推定は、依然として根本的な課題である。 そこで本研究では, スピンボソンモデル内での純脱落と散逸のダイナミクスを統一する非可換相互作用演算子を介して, ボゾン浴に結合した単一量子ビットプローブを用いた非平衡量子温度測定について検討する。 これら2つの結合チャネル間の干渉は、集団とコヒーレンスの間の強い非マルコフ的フィードバックを誘導し、コヒーレンストラップと熱感度の向上をもたらすことを示す。 興味深いことに、結合構造を調整することによって、プローブの温度感度は弱い結合の下でも二次的に低温のスケーリングを示す。 さらに、コヒーレンスに基づく測定は公式には準最適であるが、メモリ効果が支配的な初期の非平衡状態において最も情報的になる。 そこで本研究では,非可換系-バス結合を,現実的なオープンシステムアーキテクチャにおいて高精度な量子温度測定を実現するための実用的かつ調整可能な資源として同定した。

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