論文の概要: Thermometry with multilevel transmon probes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.30302v1
• Date: Mon, 29 Jun 2026 13:44:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-30 18:07:16.250428
• Title: Thermometry with multilevel transmon probes
• Title（参考訳）: 多層トランスモンプローブによる温度測定
• Authors: Antonio Mandarino, Matteo G. A. Paris, Claudia Benedetti,
• Abstract要約: 超伝導トランスモンシステムはナノスケールの温度測定に有望なプラットフォームである。 固有アンハーモニック性(英語版)(intrinsic anharmonicity)は、量子ビット演算に必須であり、非平衡エネルギースペクトルを引き起こす。 トランスモンの多層無調波構造が温度測定精度に影響を及ぼすことを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Superconducting transmon systems are promising platforms for nanoscale thermometry due to their high sensitivity to environmental fluctuations. Their intrinsic anharmonicity, which is essential for qubit operations, gives rise to a non-equidistant energy spectrum that significantly affects the thermal populations and, consequently, the thermometric sensitivity. In this work, we investigate the ultimate quantum limits of temperature estimation with a transmon beyond the two-level approximation. We compare the thermometric performance of three complementary models: the qubit, a harmonic oscillator and a weakly anharmonic Duffing oscillator, evaluating their corresponding quantum Fisher information (QFI) as a function of the temperature. We show that the multilevel anharmonic structure of the transmon affects its thermometric precision. Indeed, including higher excited states enhances the maximum amount of information that can be extracted about the system temperature, compared to a qubit probe. Furthermore, we address a fundamental limitation of the standard quartic truncation, which yields a potential that is unbounded from below and supports only spurious metastable states. By introducing bounded anharmonic models, namely a confined quartic potential and a sextic correction term, we assess the robustness of the thermometric precision beyond the Duffing regime. Our results provide practical guidelines for transmon-based nanoscale thermometry and clarify the role of the anharmonic multilevel spectrum in quantum temperature estimation.
• Abstract（参考訳）: 超伝導トランスモン系は、環境変動に対する感度が高いため、ナノスケールの温度測定のプラットフォームとして期待されている。 これらの固有アンハーモニック性は、量子ビット演算に必須であり、熱量に大きく影響する非平衡エネルギースペクトルを生じさせ、その結果、温度測定感度が上昇する。 本研究では,2段階近似を超えたトランスモンを用いた温度推定の究極的な量子限界について検討する。 本稿では,3つの相補的モデル(量子ビット,高調波発振器,低調波ダッフィング発振器)の温度特性を比較し,対応する量子フィッシャー情報(QFI)を温度の関数として評価する。 トランスモンの多層無調波構造が温度測定精度に影響を及ぼすことを示す。 実際、より高い励起状態を含むと、クビットプローブと比較してシステム温度について抽出できる情報の最大量を増加させる。 さらに、標準クォートトランケーションの基本的な制限に対処し、これは下から非有界なポテンシャルを生じさせ、刺激的な準安定状態のみをサポートする。 有界アンハーモニックモデル、すなわち限定されたクォートポテンシャルとセクシュアル補正項を導入することにより、ダッフィング政権を超えた温度測定精度のロバスト性を評価する。 本研究は,トランスモン系ナノスケール温度測定の実践的ガイドラインと,量子温度推定における非調和多レベルスペクトルの役割を明らかにするものである。

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