論文の概要: Anomaly to Resource: The Mpemba Effect in Quantum Thermometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05046v1
• Date: Thu, 08 Jan 2026 15:51:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-09 17:01:53.261315
• Title: Anomaly to Resource: The Mpemba Effect in Quantum Thermometry
• Title（参考訳）: 資源異常:量子温度測定におけるMpemba効果
• Authors: Pritam Chattopadhyay, Jonas F. G. Santos, Avijit Misra,
• Abstract要約: 非平衡量子温度測定は、平衡戦略と寒冷状態の両方を過渡的に上回ることを示す。 その結果、非平衡量子温度測定の一般的な設計原理として異常緩和が確立された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum thermometry provides a key capability for nanoscale devices and quantum technologies, but most existing strategies rely on probes initialized near equilibrium. This equilibrium paradigm imposes intrinsic limitations: sensitivity is tied to long-time thermalization and often cannot be improved in fast, noisy, or nonstationary settings. In contrast, the \textit{Mpemba effect}, the counterintuitive phenomenon where hotter states relax faster than colder ones, has mostly been viewed as a thermodynamic anomaly. Here, we bridge this gap by proving that Mpemba-type inversions generically yield a finite-time enhancement of the quantum Fisher information (QFI) for temperature estimation, thereby converting an anomalous relaxation effect into a concrete metrological resource. Through explicit analyses of two-level and $Λ$-level probes coupled to bosonic baths, we show that nonequilibrium initializations can transiently outperform both equilibrium strategies and colder states, realizing a \emph{metrological Mpemba effect}. Our results establish anomalous relaxation as a general design principle for nonequilibrium quantum thermometry, enabling ultrafast and nanoscale sensing protocols that exploit, rather than avoid, transient dynamics.
• Abstract（参考訳）: 量子温度測定はナノスケールデバイスや量子技術にとって重要な能力を提供するが、既存の戦略のほとんどは平衡付近で初期化されたプローブに依存している。 この平衡パラダイムは本質的な制限を課している: 感度は長時間の熱化と結びついており、しばしば高速、ノイズ、または非定常的な設定では改善できない。 対照的に、熱い状態が冷たい状態よりも速くリラックスする反直感現象である「textit{Mpemba effect」は熱力学的異常と見なされている。 ここでは,Mpemba型インバージョンが温度推定のための量子フィッシャー情報(QFI)の有限時間拡張を一般化し,異常緩和効果をコンクリートの気象資源に変換することにより,このギャップを橋渡しする。 ボゾン浴に結合した2レベルおよび$$レベルのプローブの明示的な解析により、非平衡初期化が平衡戦略と寒冷状態の両方を過渡的に上回り、メンバ効果が実現できることが示される。 その結果、非平衡量子温度測定の一般的な設計原理として異常緩和が確立され、過渡的力学を避けるのではなく、超高速でナノスケールのセンシングプロトコルが利用できるようになった。

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