임계 양자 온도 측정 및 스핀 시스템에서의 가능성

소스 노드 : 1670424

에네스 아이바르1, 아르투르 니에즈고다1,2, 사포라 S. 미르할라프3,4, 모건 W. 미첼1,5, 다니엘 베네딕토 오레네스1에밀리아 비트코프스카6

1ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, 바르셀로나 과학 기술 연구소, 08860 Castelldefels, Barcelona, ​​Spain
2바르샤바 대학교 물리학과, ul. Pasteura 5, PL-02-093 바르샤바, 폴란드
3테헤란 대학교 물리학과, PO Box 14395-547, 테헤란, 이란
4기초 과학 연구소(IPM) 나노 과학 학교, PO Box 19395-5531, Tehran, Iran
5ICREA – Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, 08010 바르셀로나, 스페인
6물리학 연구소 PAS, Aleja Lotnikow 32/46, 02-668 Warszawa, 폴란드

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추상

이 작업에서는 양자 위상 전이를 나타내는 유한 크기의 강력한 상관 시스템을 사용하여 온도 감지를 연구합니다. 양자 피셔 정보(QFI) 접근 방식을 사용하여 온도 추정의 민감도를 정량화하고 유한 크기 스케일링 프레임워크를 적용하여 이 민감도를 임계점 주변의 시스템의 임계 지수에 연결합니다. 외부 자기장이 있는 스핀-1 Bose-Einstein 응축물과 스핀-체인 Heisenberg XX 모델의 두 가지 실험적으로 실현 가능한 시스템에 대한 임계점 주변의 QFI를 수치적으로 계산합니다. 우리의 결과는 QFI의 유한 크기 스케일링 속성을 확인합니다. 또한 이 두 시스템의 임계점에서 QFI를 (거의) 포화시키는 실험적으로 접근 가능한 관찰 가능 항목에 대해 논의합니다.

► BibTeX 데이터

► 참고 문헌

[1] 칼 W. 헬스트롬. "양자 검출 및 추정 이론". 통계 물리학 저널 1, 231–252(1969).
https : / /doi.org/ 10.1007 / BF01007479

[2] EO 괴벨과 U. 시그너. "양자 계측: 단위 및 측정의 기초". 와일리-VCH. (2015).
https : / /doi.org/ 10.1002 / 9783527680887

[3] 사무엘 L. 브라운슈타인과 칼튼 M. 동굴. "통계적 거리와 양자 상태의 기하학". Physical Review Letters 72, 3439–3443(1994).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.72.3439

[4] MM Taddei, BM Escher, L. Davidovich 및 RL de Matos Filho. "물리적 프로세스의 양자 속도 제한". Physical Review Letters 110, 050402(2013). arXiv:1209.0362.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.110.050402
arXiv : 1209.0362

[5] 게자 토스와 이아고바 아펠라니즈. "양자 정보 과학 관점에서 본 양자 계측". 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] 루카 페제와 아우구스토 스메르지. "위상 추정의 양자 이론"(2014). arXiv:1411.5164.
arXiv : 1411.5164

[7] M. Napolitano, M. Koschorreck, B. Dubost, N. Behbood, RJ Sewell 및 MW Mitchell. "하이젠베르크 한계를 넘어서는 스케일링을 보여주는 상호작용 기반 양자 계측". 자연 471, 486–489 (2011). arXiv:1012.5787.
https : / /doi.org/ 10.1038 / nature09778
arXiv : 1012.5787

[8] Paolo Zanardi, Matteo GA Paris, Lorenzo Campos Venuti. "양자 추정을 위한 자원으로서의 양자 임계성". 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, Abolfazl Bayat. "글로벌 양자 온도 측정을 위한 최적의 프로브". 커뮤니케이션 물리학 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 및 Jing Li. "단열 임계 양자 계측은 단열에 대한 지름길을 적용하더라도 하이젠베르크 한계에 도달할 수 없습니다." 퀀텀 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, Jianming Cai. "임계도 강화 양자 감지를 위한 동적 프레임워크". 물리적 검토 편지 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, Simone Felicetti. "유한 구성 요소 양자 위상 전환을 사용한 중요한 양자 계측". 물리적 검토 편지 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, Jakub Zakrzewski. "임계 기반 양자 계측의 한계에서: 명백한 Super-Heisenberg 스케일링 재검토". 물리적 검토 X 8, 021022(2018). arXiv:1702.05660.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevX.8.021022
arXiv : 1702.05660

[14] Safoura S. Mirkhalaf, Emilia Witkowska 및 Luca Lepori. "반강자성 스피너 응축물의 임계성을 기반으로 한 초고감도 양자 센서". 물리적 검토 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, Emilia Witkowska. "강자성 보스-아인슈타인 응축물의 임계 강화 양자 감지: 판독 측정 및 검출 잡음의 역할". 물리적 검토 A 103, 023317(2021). arXiv:2010.13133.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.103.023317
arXiv : 2010.13133

[16] 루카 페제, 안드레아스 트렌크발더, 마르코 파토리. "양자 임계성에 의해 강화된 단열 감지"(2019). arXiv:1906.01447.
arXiv : 1906.01447

[17] 줄리오 살바토리, 안토니오 만다리노, 마테오 GA 파리. "Lipkin-Meshkov-Glick 중요 시스템의 양자 계측". 물리적 검토 A 90, 022111(2014). arXiv:1406.5766.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.90.022111
arXiv : 1406.5766

[18] 창만케이. "양자 전이 에지 검출기". 물리적 검토 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 및 CP Sun. "유한 온도에서 혼합 상태 충실도 및 양자 임계성". Physical Review A 75, 032109(2007). arXiv:quant-ph/ 0612008.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.75.032109
arXiv : 퀀트 -PH / 0612008

[20] Wen-Long You, Ying-Wai Li 및 Shi-Jian Gu. "충실도, 동적 구조 요인 및 임계 현상의 민감성". Physical Review E 76, 022101(2007). arXiv:quant-ph/ 0701077.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevE.76.022101
arXiv : 퀀트 -PH / 0701077

[21] Philipp Hauke, Markus Heyl, Luca Tagliacozzo 및 Peter Zoller. "동적 감수성을 통한 다자간 얽힘 측정". 자연 물리학 12, 778–782 (2016). arXiv:1509.01739.
https : / /doi.org/ 10.1038 / nphys3700
arXiv : 1509.01739

[22] 구 시젠. "양자 위상 전이에 대한 충실도 접근 방식". 국제 현대 물리학 저널 B 24, 4371–4458 (2010). arXiv:0811.3127.
https : / /doi.org/ 10.1142 / s0217979210056335
arXiv : 0811.3127

[23] 아시다 유토, 사이토 케이지, 우에다 마사히토 "개방형 일반 다체 시스템의 열화 및 가열 역학". 물리적 검토 편지 121 (2018). arXiv:1807.00019.
https : / //doi.org/10.1103/ physrevlett.121.170402
arXiv : 1807.00019

[24] 피터 A. 이바노프. "갇힌 이온을 사용한 양자 온도 측정법". 광학 통신 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, Andrew Mugler. "단백질 온도 측정의 정밀도". 물리적 검토 편지 127, 098102(2021). arXiv:2012.02918.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.127.098102
arXiv : 2012.02918

[26] MA 콘티넨티노. "다체 시스템의 양자 스케일링". 세계 과학 출판, 싱가포르. (2001).
https : / /doi.org/ 10.1017 / CBO9781316576854

[27] J. Cardy, 편집자. "유한 크기 조정". Elsevier Science 출판사, 암스테르담: North Holland. (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] 마시모 캄포스트리니, 안드레아 펠리세토, 에토레 비카리. "양자 전이에서 유한 크기 스케일링". 물리적 검토 B 89 (2014). arXiv:1401.0788.
https : / /doi.org/10.1103/ physrevb.89.094516
arXiv : 1401.0788

[29] 파올로 자나르디, 파올로 조르다, 마르코 코찌니. "양자 위상 전이의 정보 이론 미분 기하학". Physical Review Letters 99, 100603(2007).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.99.100603

[30] 파올로 자나르디, 로렌조 캄포스 베누티, 파올로 지오르다. "열 상태 매니폴드 및 양자 임계에 대한 Bures 메트릭". 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 및 Li You. "1개 이상의 원자에 대한 스핀-10,000 디케 상태로 고전적인 정밀도 한계 극복". 국립 과학 아카데미 절차 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, Wolfgang Ketterle. "초저온 원자로 구현된 조정 가능한 하이젠베르크 모델의 스핀 전송". 자연 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 및 Artur Widera. "초저온 가스용 단일 원자 온도계". 물리적 검토 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 및 Artur Widera. "비평형 스핀 역학으로 강화된 초저온 가스용 단일 원자 양자 프로브". 물리적 검토 X 10, 011018(2020).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevX.10.011018

[35] AE 린하르트, TA Pasquini, M. Saba, A. Schirotzek, Y. Shin, D. Kielpinski, DE Pritchard 및 W. Ketterle. "보스-아인슈타인 응축수를 500피코켈빈 이하로 냉각". Science 301, 1513–1515 (2003).
https : / /doi.org/10.1126/ science.1088827

[36] Ryan Olf, Fang Fang, G. Edward Marti, Andrew MacRae, Dan M Stamper-Kurn. "응축 온도의 0.02배까지 Bose 가스의 온도 측정 및 냉각". 자연 물리학 11, 720–723 (2015). arXiv:1505.06196.
https : / /doi.org/ 10.1038 / nphys3408
arXiv : 1505.06196

[37] 마테오 GA 파리. "갭이 사라지는 시스템에서 양자 온도 측정의 정밀도에 대한 Landau 달성". Journal of Physics A: 수학 및 이론 49, 03LT02(2015). arXiv:1510.08111.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​3/​03lt02
arXiv : 1510.08111

[38] Mohammad Mehboudi, Anna Sanpera, Luis A Correa. "양자 체계의 온도계: 최근의 이론적 진보". Journal of Physics A: 수학 및 이론 52, 303001(2019). arXiv:1811.03988.
https : / /doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / ab2828
arXiv : 1811.03988

[39] 하랄드 크라메르. "통계의 수학적 방법". 프린스턴 대학교 출판부. (1999). URL: www.jstor.org/ stable/ j.ctt1bpm9r4.
https://www.jstor.org/stable/j.ctt1bpm9r4

[40] SL Sondhi, SM Girvin, JP Carini 및 D. Shahar. "지속적인 양자 상전이". 현대 물리학 69(1997)의 리뷰.
https : / /doi.org/10.1103/ revmodphys.69.315

[41] 안드레아 펠리세토와 에토레 비카리. “비판적 현상과 재정규화 집단 이론”. 물리학 보고서 368, 549–727(2002). arXiv:cond-mat/ 0012164.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​s0370-1573(02)00219-3
arXiv : 콘드 매트 / 0012164

[42] 마이클 E. 피셔와 마이클 N. 바버. "임계 영역에서 유한 크기 효과에 대한 스케일링 이론". Physical Review Letters 28, 1516–1519(1972).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.28.1516

[43] R. Botet 및 R. Jullien. "무한하게 조정된 시스템의 대규모 중요 동작". 물리적 검토 B 28, 3955–3967(1983).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevB.28.3955

[44] 다비데 로시니와 에토레 비카리. "98차 양자 전이에서 기저 상태 충실도". 물리적 검토 E 2018(1807.01674). arXiv:XNUMX.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevE.98.062137
arXiv : 1807.01674

[45] Mateusz Łącki와 Bogdan Damski. "감수성을 통한 공간 키블–주렉 메커니즘: 비균질 양자 이싱 모델 사례". 통계 역학 저널: 이론 및 실험 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, Anna Sanpera. "최적의 온도 측정을 위한 개별 양자 프로브". 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 및 AJ Glick. “해결 가능한 모델에 대한 다체 근사 방법의 타당성: (i). 정확한 솔루션 및 섭동 이론”. 핵물리학 62, 188–198(1965).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0029-5582(65)90862-X

[48] 카와구치 유키와 우에다 마사히토. "스피너 보스-아인슈타인 응축물". 물리학 보고서 520, 253 – 381(2012). arXiv:1001.2072.
https : / //doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2012.07.005
arXiv : 1001.2072

[49] Dan M. Stamper-Kurn과 Masahito Ueda. "Spinor Bose 가스: 대칭, 자성 및 양자 역학". 목사 모드. 물리학 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, Giovanni Barontini. "합성 자화를 이용한 스핀-1 보스 가스의 열역학 탐구". 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, Li You. "강자성 스피너 원자 보즈-아인슈타인 응축물에서 양자 상 전이에 걸친 범용 구동 임계 역학". 물리적 검토 A 98, 013619(2018). arXiv:1805.02174.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.98.013619
arXiv : 1805.02174

[52] Sébastien Dusuel과 Julien Vidal. "Lipkin-Meshkov-Glick 모델의 유한 크기 스케일링 지수". Physical Review Letters 93, 237204(2004).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.93.237204

[53] Bertrand Evrard, An Qu, Jean Dalibard, Fabrice Gerbier. "조각난 스피너 보스-아인슈타인 응축물의 생산 및 특성화"(2020). arXiv:2010.15739.
arXiv : 2010.15739

[54] A. 랑가리. "횡방향 자기장에서 XYZ 모델의 양자 재정규화 그룹". 물리적 검토 B 69(2004).
https : / /doi.org/10.1103/ physrevb.69.100402

[55] 파비오 프란치니. "2017차원 양자 시스템을 위한 통합 기술 소개". 스프링거 인터내셔널 퍼블리싱. (1609.02100). arXiv:XNUMX.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-48487-7
arXiv : 1609.02100

[56] 이안 애플렉과 오시카와 마사키. "Cu benzoate 및 기타 $s=frac{1}{2}$ 반강자성 사슬의 전계 유도 갭". 물리적 검토 B 60, 1038–1056(1999). arXiv:cond-mat/ 9905002.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevB.60.1038
arXiv : 콘드 매트 / 9905002

[57] Hans-Jürgen Mikeska와 Alexei K. Kolezhuk. "일차원 자기". 1장, 1–83페이지. 스프링거 베를린 하이델베르크. 베를린, 하이델베르크 (2004).
https : / //doi.org/ 10.1007 / BFb0119591

[58] Mohammad Mehboudi, Maria Moreno-Cardoner, Gabriele De Chiara, Anna Sanpera. "강하게 상관된 초저온 격자 가스의 온도계 정밀도". New Journal of Physics 17, 055020 (2015). arXiv:1501.03095.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​5/​055020
arXiv : 1501.03095

[59] 마이클 하트만, 귄터 말러, 오트윈 헤스. "로컬 대 글로벌 열 상태: 상관 관계 및 로컬 온도의 존재". 물리학 E 70, 066148(2004). arXiv:quant-ph/ 0404164.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevE.70.066148
arXiv : 퀀트 -PH / 0404164

[60] 마이클 하트만, 귄터 말러, 오트윈 헤스. "나노 수준의 온도 존재". 물리학 레트 목사 93, 080402(2004). arXiv:quant-ph/ 0312214.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.93.080402
arXiv : 퀀트 -PH / 0312214

[61] 아르투르 가르시아 사에즈, 알레산드로 페라로, 안토니오 아신. "양자 열 상태의 국지적 온도". 물리학 A 79, 052340(2009). arXiv:0808.0102.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.79.052340
arXiv : 0808.0102

[62] 알레산드로 페라로, 아르투르 가르시아 사에즈, 안토니오 아신. "세련된 양자 측정을 위한 집중 온도 및 양자 상관 관계". 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 및 J. Eisert. "온도의 지역성". 물리학 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 및 Antonio Acín. "스핀 체인의 온도 위치". 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, Antonio Acín. "온도가 23이 아닌 상전이가 있는 경우의 온도 및 상관 관계의 국지성". New Journal of Physics 073052, 2021 (2010.15256). arXiv:XNUMX.
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, Morgan W. Mitchell. "단일 도메인 스피너 보스-아인슈타인 응축물의 수초간 자기 결맞음". 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, Morgan W. Mitchell. "보스-아인슈타인 응축수 코자그네토미터". 물리적 검토 편지 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, Anna Sanpera. "강하게 상관된 시스템의 양자 비파괴 감지". 자연 물리학 4, 50–54(2008). arXiv:0709.0527.
https : / /doi.org/ 10.1038 / nphys776
arXiv : 0709.0527

[69] Yink Loong Len, Tuvia Gefen, Alex Retzker 및 Jan Kołodyński. "불완전한 측정을 통한 양자 계측"(2021). arXiv:2109.01160.
arXiv : 2109.01160

[70] Marcin Płodzień, Rafał Demkowicz-Dobrzańki, Tomasz Sowiński. "몇 페르미온 온도계". 물리적 검토 A 97, 063619(2018). arXiv:1804.04506.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.97.063619
arXiv : 1804.04506

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