1ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, Barcelona Institute of Science and Technology, 08860 Castelldefels, Barcelona, Spanien
2Det Fysiske Fakultet, Warszawa Universitet, ul. Pasteura 5, PL-02-093 Warszawa, Polen
3Institut for Fysik, University of Teheran, Postboks 14395-547, Teheran, Iran
4School of Nano Science, Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), Postboks 19395-5531, Teheran, Iran
5ICREA - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, 08010 Barcelona, Spanien
6Institut for Fysik PAS, Aleja Lotnikow 32/46, 02-668 Warszawa, Polen
Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.
Abstrakt
I dette arbejde studerer vi temperaturføling med stærkt korrelerede systemer af endelig størrelse, der udviser kvantefaseovergange. Vi bruger quantum Fisher information (QFI) tilgangen til at kvantificere følsomheden i temperaturestimeringen og anvender en skaleringsramme med endelig størrelse til at forbinde denne følsomhed til kritiske eksponenter af systemet omkring kritiske punkter. Vi beregner numerisk QFI omkring de kritiske punkter for to eksperimentelt realiserbare systemer: spin-1 Bose-Einstein-kondensatet og spin-kæde Heisenberg XX-modellen i nærvær af et eksternt magnetfelt. Vores resultater bekræfter skaleringsegenskaber i endelig størrelse af QFI. Desuden diskuterer vi eksperimentelt tilgængelige observerbare resultater, der (næsten) mætter QFI på de kritiske punkter for disse to systemer.
► BibTeX-data
► Referencer
[1] Carl W. Helstrøm. `` Kvantedetektering og estimeringsteori''. Journal of Statistical Physics 1, 231-252 (1969).
https:///doi.org/10.1007/BF01007479
[2] EO Göbel og U. Siegner. ``Kvantemetrologi: Grundlaget for enheder og målinger''. Wiley-VCH. (2015).
https:///doi.org/10.1002/9783527680887
[3] Samuel L. Braunstein og Carlton M. Caves. `` Statistisk afstand og geometrien af kvantetilstande''. Physical Review Letters 72, 3439-3443 (1994).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.72.3439
[4] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich og RL de Matos Filho. ``Kvantehastighedsgrænse for fysiske processer''. Physical Review Letters 110, 050402 (2013). arXiv:1209.0362.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.050402
arXiv: 1209.0362
[5] Géza Tóth og Iagoba Apellaniz. ``Kvantemetrologi fra et kvanteinformationsvidenskabsperspektiv''. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424006 (2014). arXiv:1405.4878.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424006
arXiv: 1405.4878
[6] Luca Pezzé og Augusto Smerzi. `` Kvanteteori om faseestimering'' (2014). arXiv:1411.5164.
arXiv: 1411.5164
[7] M. Napolitano, M. Koschorreck, B. Dubost, N. Behbood, RJ Sewell og MW Mitchell. ``Interaktionsbaseret kvantemetrologi, der viser skalering ud over Heisenberg-grænsen''. Nature 471, 486-489 (2011). arXiv:1012.5787.
https:///doi.org/10.1038/nature09778
arXiv: 1012.5787
[8] Paolo Zanardi, Matteo GA Paris og Lorenzo Campos Venuti. ``Kvantekriticitet som en ressource til kvanteestimering''. Physical Review A 78, 042105 (2008). arXiv:0708.1089.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.78.042105
arXiv: 0708.1089
[9] Wai-Keong Mok, Kishor Bharti, Leong-Chuan Kwek og Abolfazl Bayat. ``Optimale sonder til global kvantetermometri''. Communications Physics 4, 62 (2021). arXiv:2010.14200.
https:///doi.org/10.1038/s42005-021-00572-w
arXiv: 2010.14200
[10] Karol Gietka, Friederike Metz, Tim Keller og Jing Li. ``Adiabatisk kritisk kvantemetrologi kan ikke nå Heisenberg-grænsen, selv når der anvendes genveje til adiabaticitet''. Quantum 5, 489 (2021). arXiv:2103.12939.
https://doi.org/10.22331/q-2021-07-01-489
arXiv: 2103.12939
[11] Yaoming Chu, Shaoliang Zhang, Baiyi Yu og Jianming Cai. ``Dynamisk ramme for kritikforbedret kvanteregistrering''. Physical Review Letters 126, 010502 (2021). arXiv:2008.11381.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.010502
arXiv: 2008.11381
[12] Louis Garbe, Matteo Bina, Arne Keller, Matteo GA Paris og Simone Felicetti. ``Kritisk kvantemetrologi med en endelig-komponent kvantefaseovergang''. Physical Review Letters 124, 120504 (2020). arXiv:1910.00604.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.120504
arXiv: 1910.00604
[13] Marek M. Rams, Piotr Sierant, Omyoti Dutta, Paweł Horodecki og Jakub Zakrzewski. `` Ved grænserne for kritisk-baseret kvantemetrologi: Tilsyneladende Super-Heisenberg-skalering genbesøgt''. Fysisk gennemgang X 8, 021022 (2018). arXiv:1702.05660.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021022
arXiv: 1702.05660
[14] Safoura S. Mirkhalaf, Emilia Witkowska og Luca Lepori. ``Superfølsom kvantesensor baseret på kritikalitet i et antiferromagnetisk spinorkondensat''. Fysisk anmeldelse A 101, 043609 (2020). arXiv:1912.02418.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.101.043609
arXiv: 1912.02418
[15] Safoura S. Mirkhalaf, Daniel Benedicto Orenes, Morgan W. Mitchell og Emilia Witkowska. ``Kriticality-enhanced quantum sensing i ferromagnetiske bose-einstein-kondensater: Rolle af udlæsningsmåling og detektionsstøj''. Physical Review A 103, 023317 (2021). arXiv:2010.13133.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.023317
arXiv: 2010.13133
[16] Luca Pezzé, Andreas Trenkwalder og Marco Fattori. ``Adiabatisk sansning forbedret af kvantekritik'' (2019). arXiv:1906.01447.
arXiv: 1906.01447
[17] Giulio Salvatori, Antonio Mandarino og Matteo GA Paris. `` Kvantemetrologi i Lipkin-Meshkov-Glick-kritiske systemer''. Fysisk anmeldelse A 90, 022111 (2014). arXiv:1406.5766.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.90.022111
arXiv: 1406.5766
[18] Mankei Tsang. ``Kvanteovergangs-kantdetektorer''. Fysisk anmeldelse A 88, 021801 (2013). arXiv:1305.1750.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.88.021801
arXiv: 1305.1750
[19] Paolo Zanardi, HT Quan, Xiaoguang Wang og CP Sun. ``Mixed-state fidelity og kvantekriticitet ved endelig temperatur''. Physical Review A 75, 032109 (2007). arXiv:quant-ph/0612008.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.75.032109
arXiv:quant-ph/0612008
[20] Wen-Long You, Ying-Wai Li og Shi-Jian Gu. `` Troskab, dynamisk strukturfaktor og modtagelighed i kritiske fænomener''. Fysisk gennemgang E 76, 022101 (2007). arXiv:quant-ph/0701077.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.76.022101
arXiv:quant-ph/0701077
[21] Philipp Hauke, Markus Heyl, Luca Tagliacozzo og Peter Zoller. ``Måling af multipartite sammenfiltring gennem dynamiske følsomheder''. Nature Physics 12, 778–782 (2016). arXiv:1509.01739.
https://doi.org/10.1038/nphys3700
arXiv: 1509.01739
[22] Shi-Jian Gu. `` Troskabstilgang til kvantefaseovergange''. International Journal of Modern Physics B 24, 4371–4458 (2010). arXiv:0811.3127.
https://doi.org/10.1142/s0217979210056335
arXiv: 0811.3127
[23] Yuto Ashida, Keiji Saito og Masahito Ueda. ``Termalisering og opvarmningsdynamik i åbne generiske mangekroppssystemer''. Physical Review Letters 121 (2018). arXiv:1807.00019.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.121.170402
arXiv: 1807.00019
[24] Peter A. Ivanov. `` Kvantetermometri med fangede ioner''. Optics Communications 436, 101-107 (2019). arXiv:1809.01451.
https:///doi.org/10.1016/j.optcom.2018.12.013
arXiv: 1809.01451
[25] Michael Vennettilli, Soutick Saha, Ushasi Roy og Andrew Mugler. `` Præcision af protein termometri ''. Physical Review Letters 127, 098102 (2021). arXiv:2012.02918.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.098102
arXiv: 2012.02918
[26] MA Continentino. ``Kvanteskalering i mange-kropssystemer''. World Scientific Publishing, Singapore. (2001).
https:///doi.org/10.1017/CBO9781316576854
[27] J. Cardy, redaktør. `` Skalering i endelig størrelse''. Elsevier Science Publisher, Amsterdam: Nordholland. (1988). url: www.elsevier.com/books/finite-size-scaling/cardy/978-0-444-87109-1.
https://www.elsevier.com/books/finite-size-scaling/cardy/978-0-444-87109-1
[28] Massimo Campostrini, Andrea Pelissetto og Ettore Vicari. `` Skalering i endelig størrelse ved kvanteovergange''. Fysisk gennemgang B 89 (2014). arXiv:1401.0788.
https:///doi.org/10.1103/physrevb.89.094516
arXiv: 1401.0788
[29] Paolo Zanardi, Paolo Giorda og Marco Cozzini. ``Informationsteoretisk differentialgeometri af kvantefaseovergange''. Physical Review Letters 99, 100603 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.100603
[30] Paolo Zanardi, Lorenzo Campos Venuti og Paolo Giorda. `` Bures metrisk over termiske tilstandsmanifolder og kvantekritiskitet''. Physical Review A 76, 062318 (2007). arXiv:0707.2772.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.76.062318
arXiv: 0707.2772
[31] Yi-Quan Zou, Ling-Na Wu, Qi Liu, Xin-Yu Luo, Shuai-Feng Guo, Jia-Hao Cao, Meng Khoon Tey og Li You. `` At slå den klassiske præcisionsgrænse med spin-1 dicke-tilstande på mere end 10,000 atomer''. Proceedings of the National Academy of Sciences 115, 6381–6385 (2018). arXiv:1802.10288.
https:///doi.org/10.1073/pnas.1715105115
arXiv: 1802.10288
[32] Paul Niklas Jepsen, Jesse Amato-Grill, Ivana Dimitrova, Wen Wei Ho, Eugene Demler og Wolfgang Ketterle. ``Spintransport i en afstembar heisenberg-model realiseret med ultrakolde atomer''. Nature 588, 403-407 (2020). arXiv:2005.09549.
https:///doi.org/10.1038/s41586-020-3033-y
arXiv: 2005.09549
[33] Michael Hohmann, Farina Kindermann, Tobias Lausch, Daniel Mayer, Felix Schmidt og Artur Widera. ``Etatoms termometer til ultrakolde gasser''. Fysisk anmeldelse A 93, 043607 (2016). arXiv:1601.06067.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.93.043607
arXiv: 1601.06067
[34] Quentin Bouton, Jens Nettersheim, Daniel Adam, Felix Schmidt, Daniel Mayer, Tobias Lausch, Eberhard Tiemann og Artur Widera. "Enkeltatoms kvantesonder til ultrakolde gasser boostet af ikke-ligevægts spindynamik." Fysisk gennemgang X 10, 011018 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.10.011018
[35] AE Leanhardt, TA Pasquini, M. Saba, A. Schirotzek, Y. Shin, D. Kielpinski, DE Pritchard og W. Ketterle. `` Køling af Bose-Einstein kondenserer under 500 picokelvin''. Science 301, 1513-1515 (2003).
https://doi.org/10.1126/science.1088827
[36] Ryan Olf, Fang Fang, G. Edward Marti, Andrew MacRae og Dan M Stamper-Kurn. ``Termometri og afkøling af en Bose-gas til 0.02 gange kondensationstemperaturen''. Nature Physics 11, 720–723 (2015). arXiv:1505.06196.
https://doi.org/10.1038/nphys3408
arXiv: 1505.06196
[37] Matteo GA Paris. ``Opnåelse af Landau bundet til præcision af kvantetermometri i systemer med forsvindende mellemrum''. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 49, 03LT02 (2015). arXiv:1510.08111.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/3/03lt02
arXiv: 1510.08111
[38] Mohammad Mehboudi, Anna Sanpera og Luis A Correa. `` Termometri i kvanteregimet: nyere teoretiske fremskridt''. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 52, 303001 (2019). arXiv:1811.03988.
https:///doi.org/10.1088/1751-8121/ab2828
arXiv: 1811.03988
[39] Harald Cramér. ``Matematiske metoder til statistik''. Princeton University Press. (1999). url: www.jstor.org/stable/j.ctt1bpm9r4.
https://www.jstor.org/stable/j.ctt1bpm9r4
[40] SL Sondhi, SM Girvin, JP Carini og D. Shahar. ``Kontinuerlige kvantefaseovergange''. Anmeldelser af Modern Physics 69 (1997).
https:///doi.org/10.1103/revmodphys.69.315
[41] Andrea Pelissetto og Ettore Vicari. ``Kritiske fænomener og renormaliseringsgruppeteori''. Physics Reports 368, 549-727 (2002). arXiv:cond-mat/0012164.
https://doi.org/10.1016/s0370-1573(02)00219-3
arXiv:cond-mat/0012164
[42] Michael E. Fisher og Michael N. Barber. ``Skaleringsteori for endelige størrelseseffekter i det kritiske område''. Physical Review Letters 28, 1516–1519 (1972).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.28.1516
[43] R. Botet og R. Jullien. ``Kritisk adfærd i stor størrelse af uendeligt koordinerede systemer''. Physical Review B 28, 3955-3967 (1983).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.28.3955
[44] Davide Rossini og Ettore Vicari. ``Ground-state troskab ved første-ordens kvanteovergange''. Fysisk gennemgang E 98 (2018). arXiv:1807.01674.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.98.062137
arXiv: 1807.01674
[45] Mateusz Łącki og Bogdan Damski. ``Spatial Kibble-Zurek-mekanisme gennem modtageligheder: den inhomogene kvante-Ising-modelcase''. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2017, 103105 (2017). arXiv:1707.09884.
https://doi.org/10.1088/1742-5468/aa8c20
arXiv: 1707.09884
[46] Luis A. Correa, Mohammad Mehboudi, Gerardo Adesso og Anna Sanpera. "Individuelle kvanteprober til optimal termometri". Physical Review Letters 114, 220405 (2015). arXiv:1411.2437.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.220405
arXiv: 1411.2437
[47] HJ Lipkin, N. Meshkov og AJ Glick. `` Gyldighed af mange-legeme tilnærmelsesmetoder for en løsbar model: (i). Præcise løsninger og perturbationsteori''. Nuclear Physics 62, 188-198 (1965).
https://doi.org/10.1016/0029-5582(65)90862-X
[48] Yuki Kawaguchi og Masahito Ueda. ``Spinor Bose-Einstein kondenserer''. Physics Reports 520, 253 – 381 (2012). arXiv:1001.2072.
https:///doi.org/10.1016/j.physrep.2012.07.005
arXiv: 1001.2072
[49] Dan M. Stamper-Kurn og Masahito Ueda. ``Spinor Bose-gasser: Symmetrier, magnetisme og kvantedynamik''. Rev. Mod. Phys. 85, 1191-1244 (2013). arXiv:1205.1888.
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.85.1191
arXiv: 1205.1888
[50] Daniel Benedicto Orenes, Anna U Kowalczyk, Emilia Witkowska og Giovanni Barontini. ``Udforsker termodynamikken af spin-1 bose gasser med syntetisk magnetisering''. New Journal of Physics 21, 043024 (2019). arXiv:1901.00427.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab14b4
arXiv: 1901.00427
[51] Ming Xue, Shuai Yin og Li You. "Universal drevet kritisk dynamik på tværs af en kvantefaseovergang i ferromagnetiske spinoratomare Bose-Einstein-kondensater" Fysisk anmeldelse A 98, 013619 (2018). arXiv:1805.02174.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.013619
arXiv: 1805.02174
[52] Sébastien Dusuel og Julien Vidal. `` Eksponenter for skalering af endelig størrelse af Lipkin-Meshkov-Glick-modellen''. Physical Review Letters 93, 237204 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.237204
[53] Bertrand Evrard, An Qu, Jean Dalibard og Fabrice Gerbier. ``Produktion og karakterisering af et fragmenteret spinor Bose-Einstein-kondensat'' (2020). arXiv:2010.15739.
arXiv: 2010.15739
[54] A. Langari. `` Kvantenormaliseringsgruppe af XYZ-modellen i et tværgående magnetfelt''. Fysisk gennemgang B 69 (2004).
https:///doi.org/10.1103/physrevb.69.100402
[55] Fabio Franchini. ``En introduktion til integrerbare teknikker til endimensionelle kvantesystemer''. Springer International Publishing. (2017). arXiv:1609.02100.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-48487-7
arXiv: 1609.02100
[56] Ian Affleck og Masaki Oshikawa. ``Felt-induceret hul i Cu-benzoat og andre $s=frac{1}{2}$ antiferromagnetiske kæder''. Physical Review B 60, 1038-1056 (1999). arXiv:cond-mat/9905002.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.60.1038
arXiv:cond-mat/9905002
[57] Hans-Jürgen Mikeska og Alexei K. Kolezhuk. ``Endimensionel magnetisme''. Kapitel 1, side 1-83. Springer Berlin Heidelberg. Berlin, Heidelberg (2004).
https://doi.org/10.1007/BFb0119591
[58] Mohammad Mehboudi, Maria Moreno-Cardoner, Gabriele De Chiara og Anna Sanpera. ``Termometripræcision i stærkt korrelerede ultrakolde gittergasser''. New Journal of Physics 17, 055020 (2015). arXiv:1501.03095.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/5/055020
arXiv: 1501.03095
[59] Michael Hartmann, Günter Mahler og Ortwin Hess. ``Lokale versus globale termiske tilstande: Korrelationer og eksistensen af lokale temperaturer''. Phys. Rev. E 70, 066148 (2004). arXiv:quant-ph/0404164.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.70.066148
arXiv:quant-ph/0404164
[60] Michael Hartmann, Günter Mahler og Ortwin Hess. `` Eksistens af temperatur på nanoskalaen''. Phys. Rev. Lett. 93, 080402 (2004). arXiv:quant-ph/0312214.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.080402
arXiv:quant-ph/0312214
[61] Artur García-Saez, Alessandro Ferraro og Antonio Acín. ``Lokal temperatur i kvantetermiske tilstande''. Phys. Rev. A 79, 052340 (2009). arXiv:0808.0102.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.79.052340
arXiv: 0808.0102
[62] Alessandro Ferraro, Artur García-Saez og Antonio Acín. ``Intensive temperatur- og kvantekorrelationer for raffinerede kvantemålinger''. EPL (Europhysics Letters) 98, 10009 (2012). arXiv:1102.5710.
https://doi.org/10.1209/0295-5075/98/10009
arXiv: 1102.5710
[63] M. Kliesch, C. Gogolin, MJ Kastoryano, A. Riera og J. Eisert. `` Temperatursted''. Phys. Rev. X 4, 031019 (2014). arXiv:1309.0816.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.4.031019
arXiv: 1309.0816
[64] Senaida Hernández-Santana, Arnau Riera, Karen V. Hovhannisyan, Martí Perarnau-Llobet, Luca Tagliacozzo og Antonio Acín. ``Temperaturlokalitet i spin-kæder''. New Journal of Physics 17, 085007 (2015). arXiv:1506.04060.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085007
arXiv: 1506.04060
[65] Senaida Hernández-Santana, András Molnár, Christian Gogolin, J. Ignacio Cirac og Antonio Acín. ``Temperaturlokalitet og korrelationer ved tilstedeværelse af faseovergange uden for nultemperatur''. New Journal of Physics 23, 073052 (2021). arXiv:2010.15256.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac14a9
arXiv: 2010.15256
[66] Silvana Palacios, Simon Coop, Pau Gomez, Thomas Vanderbruggen, Y. Natali Martinez de Escobar, Martijn Jasperse og Morgan W. Mitchell. ``Multi-sekunders magnetisk kohærens i et enkelt domæne spinor Bose-Einstein kondensat''. New Journal of Physics 20, 053008 (2018). arXiv:1707.09607.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aab2a0
arXiv: 1707.09607
[67] Pau Gomez, Ferran Martin, Chiara Mazzinghi, Daniel Benedicto Orenes, Silvana Palacios og Morgan W. Mitchell. ``Bose-Einstein kondensatkomagnetometer''. Physical Review Letters 124, 170401 (2020). arXiv:1910.06642.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.170401
arXiv: 1910.06642
[68] Kai Eckert, Oriol Romero-Isart, Mirta Rodriguez, Maciej Lewenstein, Eugene S Polzik og Anna Sanpera. ``Kvante-ikke-nedrivningsdetektion af stærkt korrelerede systemer''. Nature Physics 4, 50–54 (2008). arXiv:0709.0527.
https://doi.org/10.1038/nphys776
arXiv: 0709.0527
[69] Yink Loong Len, Tuvia Gefen, Alex Retzker og Jan Kołodyński. ``Kvantemetrologi med ufuldkomne målinger'' (2021). arXiv:2109.01160.
arXiv: 2109.01160
[70] Marcin Płodzień, Rafał Demkowicz-Dobrzańki og Tomasz Sowiński. ``Få-fermion termometri''. Fysisk anmeldelse A 97, 063619 (2018). arXiv:1804.04506.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.97.063619
arXiv: 1804.04506
Citeret af
Kunne ikke hente Crossref citeret af data under sidste forsøg 2022-09-19 13:59:32: Kunne ikke hente citerede data for 10.22331/q-2022-09-19-808 fra Crossref. Dette er normalt, hvis DOI blev registreret for nylig. På SAO/NASA ADS ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2022-09-19 13:59:32).
Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.
