論文の概要: Enhancing low-temperature quantum thermometry and magnetometry via quadratic interactions in optomechanical-like systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.20905v1
• Date: Tue, 24 Feb 2026 13:42:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-25 17:34:53.768927
• Title: Enhancing low-temperature quantum thermometry and magnetometry via quadratic interactions in optomechanical-like systems
• Title（参考訳）: 光メカニカル系における2次相互作用による低温量子温度測定と磁気計測の強化
• Authors: Asghar Ullah, Özgür E. Müstecaplıoğlu,
• Abstract要約: 2共振器系における熱水温と外部磁場の推定について検討した。 その結果、二次相互作用における反回転項は、中間結合において自然にスクイーズを誘導することを示した。 最適測定は相容れないが、パラメータ間の統計的相関は温度と磁場の同時推定を妨げている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Standard optomechanical sensors operating in the low-temperature regime often face fundamental precision limits imposed by vacuum fluctuations. Here, we demonstrate that moving beyond conventional radiation-pressure interactions and exploiting quadratic coupling can surpass these limits, generating intrinsic squeezing and non-Gaussian features in the probe state. We study quantum thermometry and magnetometry in a coupled two-resonator system, focusing on the estimation of a thermal bath temperature and an external magnetic field. The resonators are assumed to be in thermal equilibrium with a common bath, while a weak magnetic field acts on one of the resonators. We perform measurements on a single resonator, which serves as the probe for estimating both parameters. We compute the quantum Fisher information of the probe for two different interaction models between the resonators. Our results show that the counter-rotating terms in the quadratic interaction naturally induce squeezing at intermediate coupling and strong non-Gaussian correlations as the coupling increases further. These effects yield orders-of-magnitude enhancement in sensitivity in the low-temperature and weak-field regimes compared to standard radiation-pressure couplings. Finally, we investigate multiparameter estimation and find that, although the optimal measurements remain compatible, statistical correlations between parameters prevent the simultaneous estimation of temperature and magnetic field from attaining single-parameter precision.
• Abstract（参考訳）: 低温で作動する標準的な光学センサは、真空変動によって課される基本的な精度の限界に直面していることが多い。 ここでは,従来の放射線-圧力相互作用を超越し,二次結合を活用すれば,これらの限界を超越し,内在的スクイーズや非ガウス的特徴をプローブ状態で生成できることを示す。 結合型2共振器系における量子温度測定と磁気計測について検討し,熱浴温度と外部磁場の推定に焦点をあてた。 共振器は共振器と熱平衡にあると仮定され、弱い磁場は共振器の1つに作用する。 両パラメータを推定するためのプローブとして機能する単一共振器を用いて測定を行う。 我々は、共振器間の2つの異なる相互作用モデルに対して、プローブの量子フィッシャー情報を計算する。 その結果, 二次相互作用における反回転項は, カップリングがさらに増加するにつれて, 中間結合と強い非ガウス相関が自然に引き起こされることが示唆された。 これらの効果は、標準の放射線-圧力結合と比較して低温および弱磁場状態における感度のオーダー・オブ・マグニチュード向上をもたらす。 最後に,マルチパラメータ推定について検討し,最適測定は相容れないが,パラメータ間の統計的相関により,温度と磁場の同時推定が単一パラメータ精度に達することを防ぐ。

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