論文の概要: Direct temperature readout in nonequilibrium quantum thermometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.07198v1
- Date: Mon, 12 Jan 2026 04:44:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-13 19:08:01.213095
- Title: Direct temperature readout in nonequilibrium quantum thermometry
- Title（参考訳）: 非平衡量子温度測定における直接温度測定
- Authors: Yan Xie, Junjie Liu,
- Abstract要約: 熱力学推論戦略に基づく直接温度読み出し方式を開発した。
量子ビット型温度計における補正された動的温度を,非平衡初期状態の範囲で検証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.105664915167843
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Quantum thermometry aims to measure temperature in nanoscale quantum systems, paralleling classical thermometry. However, temperature is not a quantum observable, and most theoretical studies have therefore concentrated on analyzing fundamental precision limits set by the quantum Fisher information through the quantum Cramer-Rao bound. In contrast, whether a direct temperature readout can be achieved in quantum thermometry remains largely unexplored, particularly under the nonequilibrium conditions prevalent in real-world applications. To address this, we develop a direct temperature readout scheme based on a thermodynamic inference strategy. The scheme integrates two conceptual developments: (i) By applying the maximum entropy principle with the thermometer's mean energy as a constraint, we assign a reference temperature to the nonequilibrium thermometer. We demonstrate that this reference temperature outperforms a commonly used effective temperature defined through equilibrium analogy. (ii) We obtain positive semi-definite error functions that lower-bound the deviation of the reference temperature from the true temperature-in analogy to the quantum Cramer-Rao bound for the mean squared error-and vanish upon thermalization with the sample. Combining the reference temperature with these error functions, we introduce a notion of corrected dynamical temperature which furnishes a postprocessed temperature readout under nonequilibrium conditions. We validate the corrected dynamical temperature in a qubit-based thermometer under a range of nonequilibrium initial states, confirming its capability to estimate the true temperature. Importantly, we find that increasing quantum coherence can enhance the precision of this readout.
- Abstract（参考訳）: 量子温度測定は、ナノスケールの量子系の温度を測定することを目的としており、古典的な温度測定と平行している。
しかし、温度は量子観測可能ではないため、ほとんどの理論的研究は量子クレーマー・ラオ境界を通じて量子フィッシャー情報によって設定される基本的な精度限界を分析することに集中している。
対照的に、量子温度測定において直接の温度測定が達成できるかどうかについては、特に現実の応用でよく見られる非平衡条件下では、ほとんど未解明のままである。
これを解決するために,熱力学的推論戦略に基づく直接温度読み出し方式を開発した。
このスキームは2つの概念的展開を統合する。
一 温度計の平均エネルギーを制約として最大エントロピー原理を適用することにより、非平衡温度計に基準温度を割り当てる。
この基準温度は平衡アナログによって定義される一般的な有効温度よりも優れていることを示す。
2) 正の半定値誤差関数は, 平均二乗誤差に対する量子クレーマー・ラオとの真の温度類似性から, 基準温度の偏差を低くし, 試料の加熱により消滅する。
基準温度とこれらの誤差関数を組み合わせることで、非平衡条件下での処理後温度読み出しを実現する補正された動的温度の概念を導入する。
量子ビット型温度計における補正された動的温度を,非平衡初期状態の範囲で検証し,真の温度を推定する能力を確認した。
重要なことに、量子コヒーレンスの増加は、この読み出しの精度を高めることができる。
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