1ICFO – Institut de Cicies Fotoniques, Барселонский институт науки и технологий, 08860 Кастельдефельс, Барселона, Испания
2Физический факультет Варшавского университета, ул. Pasteura 5, PL-02-093 Варшава, Польша
3Кафедра физики Тегеранского университета, а/я 14395-547, Тегеран, Иран
4Школа нанотехнологий, Институт фундаментальных исследований (IPM), почтовый ящик 19395-5531, Тегеран, Иран
5ICREA – Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, 08010 Барселона, Испания
6Институт физики PAS, Алея Лотников 32/46, 02-668 Варшава, Польша
Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.
Абстрактные
В этой работе мы изучаем измерение температуры с помощью сильно коррелированных систем конечного размера, демонстрирующих квантовые фазовые переходы. Мы используем подход квантовой информации Фишера (QFI) для количественной оценки чувствительности при оценке температуры и применяем структуру масштабирования конечного размера, чтобы связать эту чувствительность с критическими показателями системы вокруг критических точек. Мы численно рассчитываем QFI вокруг критических точек для двух экспериментально реализуемых систем: конденсата Бозе-Эйнштейна со спином 1 и спин-цепной модели Гейзенберга XX в присутствии внешнего магнитного поля. Наши результаты подтверждают скейлинговые свойства конечного размера QFI. Кроме того, мы обсуждаем экспериментально доступные наблюдаемые, которые (почти) насыщают QFI в критических точках для этих двух систем.
► Данные BibTeX
► Рекомендации
[1] Карл В. Хелстрем. «Квантовая теория обнаружения и оценивания». Журнал статистической физики 1, 231–252 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01007479
[2] Э. О. Гёбель и У. Зигнер. «Квантовая метрология: основа единиц и измерений». Wiley-ВЧ. (2015).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9783527680887
[3] Сэмюэл Л. Браунштейн и Карлтон М. Кейвс. «Статистическое расстояние и геометрия квантовых состояний». Письма о физическом обзоре 72, 3439–3443 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.72.3439
[4] М. М. Таддеи, Б. М. Эшер, Л. Давидович и Р. Л. де Матос Фильо. «Квантовый предел скорости для физических процессов». Письма о физическом обзоре 110, 050402 (2013). архив: 1209.0362.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.050402
Arxiv: 1209.0362
[5] Геза Тот и Ягоба Апелланис. «Квантовая метрология с точки зрения квантовой информатики». Журнал физики A: Mathematical and Theoretical 47, 424006 (2014). архив: 1405.4878.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/47/42/424006
Arxiv: 1405.4878
[6] Лука Пеззе и Аугусто Смерци. «Квантовая теория фазового оценивания» (2014). архив: 1411.5164.
Arxiv: 1411.5164
[7] М. Наполитано, М. Кошоррек, Б. Дюбо, Н. Бехбуд, Р. Дж. Сьюэлл и М. В. Митчелл. «Квантовая метрология, основанная на взаимодействии, показывающая масштабирование за пределом Гейзенберга». Природа 471, 486–489 (2011). архив: 1012.5787.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09778
Arxiv: 1012.5787
[8] Паоло Дзанарди, Маттео Г.А. Пэрис и Лоренцо Кампос Венути. «Квантовая критичность как ресурс для квантовой оценки». Физический обзор A 78, 042105 (2008). архив: 0708.1089.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.042105
Arxiv: 0708.1089
[9] Вай-Кеонг Мок, Кишор Бхарти, Леонг-Чуан Квек и Аболфазл Баят. «Оптимальные зонды для глобальной квантовой термометрии». Физика связи 4, 62 (2021). архив: 2010.14200.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s42005-021-00572-ш
Arxiv: 2010.14200
[10] Кароль Гиетка, Фридерика Мец, Тим Келлер и Цзин Ли. «Адиабатическая критическая квантовая метрология не может достичь предела Гейзенберга, даже если применяются сокращения адиабатичности». Квант 5, 489 (2021). архив: 2103.12939.
https://doi.org/10.22331/q-2021-07-01-489
Arxiv: 2103.12939
[11] Яомин Чу, Шаолян Чжан, Байи Юй и Цзяньмин Цай. «Динамическая структура для квантового зондирования с повышенной критичностью». Письма о физическом обзоре 126, 010502 (2021). архив: 2008.11381.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.010502
Arxiv: 2008.11381
[12] Луи Гарбе, Маттео Бина, Арне Келлер, Маттео Г.А. Пэрис и Симоне Феличетти. «Критическая квантовая метрология с конечно-компонентным квантовым фазовым переходом». Письма о физическом обзоре 124, 120504 (2020). архив: 1910.00604.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.120504
Arxiv: 1910.00604
[13] Марек М. Рамс, Петр Серант, Омиоти Дутта, Павел Городецкий и Якуб Закшевский. «На границах квантовой метрологии, основанной на критичности: пересмотр кажущегося супер-гейзенберговского масштабирования». Физический обзор X 8, 021022 (2018). архив: 1702.05660.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021022
Arxiv: 1702.05660
[14] Сафура С. Мирхалаф, Эмилия Витковска и Лука Лепори. «Сверхчувствительный квантовый сенсор на основе критичности в антиферромагнитном спинорном конденсате». Физический обзор A 101, 043609 (2020). архив: 1912.02418.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.043609
Arxiv: 1912.02418
[15] Сафура С. Мирхалаф, Даниэль Бенедикто Оренес, Морган В. Митчелл и Эмилия Витковска. «Квантовое зондирование с повышенной критичностью в ферромагнитных конденсатах бозе-эйнштейна: роль измерения считывания и шума обнаружения». Физический обзор A 103, 023317 (2021). архив: 2010.13133.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.023317
Arxiv: 2010.13133
[16] Лука Пецце, Андреас Тренквальдер и Марко Фаттори. «Адиабатическое зондирование, усиленное квантовой критичностью» (2019). архив: 1906.01447.
Arxiv: 1906.01447
[17] Джулио Сальватори, Антонио Мандарино и Маттео Г.А. Пэрис. «Квантовая метрология в критических системах Липкина-Мешкова-Глика». Физический обзор А 90, 022111 (2014). архив: 1406.5766.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.022111
Arxiv: 1406.5766
[18] Манкей Цанг. «Детекторы квантовых переходов». Физический обзор A 88, 021801 (2013). архив: 1305.1750.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.021801
Arxiv: 1305.1750
[19] Паоло Занарди, Х. Т. Цюань, Сяогуан Ван и С. П. Сунь. «Верность смешанного состояния и квантовая критичность при конечной температуре». Физический обзор A 75, 032109 (2007). arXiv: quant-ph/0612008.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032109
Arxiv: колич-фот / 0612008
[20] Вэнь-Лун Ю, Ин-Вай Ли и Ши-Цзянь Гу. «Верность, фактор динамической структуры и восприимчивость к критическим явлениям». Физический обзор E 76, 022101 (2007). arXiv:quant-ph/0701077.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.76.022101
Arxiv: колич-фот / 0701077
[21] Филипп Хауке, Маркус Хейл, Лука Тальякоццо и Петер Золлер. «Измерение многочастной запутанности с помощью динамической восприимчивости». Nature Physics 12, 778–782 (2016). архив: 1509.01739.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3700
Arxiv: 1509.01739
[22] Ши-Цзянь Гу. «Точный подход к квантовым фазовым переходам». Международный журнал современной физики B 24, 4371–4458 (2010). архив: 0811.3127.
https: / / doi.org/ 10.1142 / s0217979210056335
Arxiv: 0811.3127
[23] Юто Асида, Кейджи Сайто и Масахито Уэда. «Термализация и динамика нагрева в открытых общих системах многих тел». Письма о физическом обзоре 121 (2018). архив: 1807.00019.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.170402
Arxiv: 1807.00019
[24] Петр Александрович Иванов. «Квантовая термометрия с захваченными ионами». Оптические коммуникации 436, 101–107 (2019). архив: 1809.01451.
https: // doi.org/ 10.1016 / j.optcom.2018.12.013
Arxiv: 1809.01451
[25] Майкл Веннеттилли, Сутик Саха, Ушаси Рой и Эндрю Мюглер. «Точность белковой термометрии». Письма о физическом обзоре 127, 098102 (2021). архив: 2012.02918.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.098102
Arxiv: 2012.02918
[26] М.А. Континентино. «Квантовый скейлинг в системах многих тел». World Scientific Publishing, Сингапур. (2001).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781316576854
[27] Дж. Карди, редактор. «Масштабирование конечного размера». Издательство Elsevier Science, Амстердам: Северная Голландия. (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] Массимо Кампострини, Андреа Пелиссетто и Этторе Викари. «Масштабирование конечного размера при квантовых переходах». Физический обзор B 89 (2014). архив: 1401.0788.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.89.094516
Arxiv: 1401.0788
[29] Паоло Дзанарди, Паоло Джорда и Марко Коццини. «Теоретико-информационная дифференциальная геометрия квантовых фазовых переходов». Письма о физическом обзоре 99, 100603 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100603
[30] Паоло Дзанарди, Лоренцо Кампос Венути и Паоло Джорда. «Метрика Бюра над многообразиями теплового состояния и квантовая критичность». Физический обзор A 76, 062318 (2007). архив: 0707.2772.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062318
Arxiv: 0707.2772
[31] И-Цюань Цзоу, Линг-На Ву, Ци Лю, Синь-Ю Луо, Шуай-Фэн Го, Цзя-Хао Цао, Мэн Хун Тей и Ли Ю. «Преодоление классического предела точности с состояниями Дике со спином 1, состоящими из более чем 10,000 115 атомов». Труды Национальной академии наук 6381, 6385–2018 (1802.10288). архив: XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1715105115
Arxiv: 1802.10288
[32] Пол Никлас Джепсен, Джесси Амато-Гриль, Ивана Димитрова, Вен Вей Хо, Юджин Демлер и Вольфганг Кеттерле. «Спиновый транспорт в настраиваемой модели Гейзенберга, реализованной с помощью ультрахолодных атомов». Природа 588, 403–407 (2020). архив: 2005.09549.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-3033-й
Arxiv: 2005.09549
[33] Майкл Хохманн, Фарина Киндерманн, Тобиас Лауш, Даниэль Майер, Феликс Шмидт и Артур Видера. «Одноатомный термометр для ультрахолодных газов». Физический обзор A 93, 043607 (2016). архив: 1601.06067.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.043607
Arxiv: 1601.06067
[34] Квентин Бутон, Йенс Неттерсхайм, Даниэль Адам, Феликс Шмидт, Даниэль Майер, Тобиас Лауш, Эберхард Тиманн и Артур Видера. «Одноатомные квантовые зонды для ультрахолодных газов, усиленные неравновесной спиновой динамикой». Физический обзор X 10, 011018 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011018
[35] А.Е.Леанхардт, Т.А.Паскини, М.Саба, А.Широцек, Ю.Шин, Д.Килпински, Д.Е.Причард и В.Кеттерле. «Охлаждение конденсата Бозе-Эйнштейна ниже 500 пикокельвинов». Наука 301, 1513–1515 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1088827
[36] Райан Олф, Фанг Фанг, Дж. Эдвард Марти, Эндрю Макрей и Дэн М. Стампер-Керн. «Термометрия и охлаждение бозе-газа до 0.02-кратной температуры конденсации». Физика природы 11, 720–723 (2015). архив: 1505.06196.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3408
Arxiv: 1505.06196
[37] Маттео Г.А. Париж. «Достижение ограничения Ландау на точность квантовой термометрии в системах с исчезающей щелью». Журнал физики A: Mathematical and Theoretical 49, 03LT02 (2015). архив: 1510.08111.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/3/03lt02
Arxiv: 1510.08111
[38] Мохаммад Мехбуди, Анна Санпера и Луис А Корреа. «Термометрия в квантовом режиме: последние теоретические достижения». Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 52, 303001 (2019). архив: 1811.03988.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / ab2828
Arxiv: 1811.03988
[39] Харальд Крамер. «Математические методы статистики». Издательство Принстонского университета. (1999). URL: www.jstor.org/stable/j.ctt1bpm9r4.
https:///www.jstor.org/stable/j.ctt1bpm9r4
[40] С.Л. Сондхи, С.М. Гирвин, Дж. П. Карини и Д. Шахар. «Непрерывные квантовые фазовые переходы». Обзоры современной физики 69 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.69.315
[41] Андреа Пелиссетто и Этторе Викари. «Критические явления и теория ренормализационной группы». Отчеты по физике 368, 549–727 (2002). arXiv:cond-mat/0012164.
https://doi.org/10.1016/s0370-1573(02)00219-3
Arxiv: конд-мат / 0012164
[42] Майкл Э. Фишер и Майкл Н. Барбер. «Масштабная теория для эффектов конечного размера в критической области». Письма о физическом обзоре 28, 1516–1519 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.28.1516
[43] Р. Ботет и Р. Жюльен. «Большое критическое поведение бесконечно согласованных систем». Physical Review B 28, 3955–3967 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.28.3955
[44] Давиде Россини и Этторе Викари. «Верность основного состояния при квантовых переходах первого порядка». Физический обзор E 98 (2018). архив: 1807.01674.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.98.062137
Arxiv: 1807.01674
[45] Матеуш Лонцкий и Богдан Дамский. «Пространственный механизм Киббла – Зурека через восприимчивости: случай неоднородной квантовой модели Изинга». Журнал статистической механики: теория и эксперимент 2017, 103105 (2017). архив: 1707.09884.
https://doi.org/10.1088/1742-5468/aa8c20
Arxiv: 1707.09884
[46] Луис А. Корреа, Мохаммад Мехбуди, Херардо Адессо и Анна Санпера. «Индивидуальные квантовые зонды для оптимальной термометрии». Письма о физическом обзоре 114, 220405 (2015). архив: 1411.2437.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.220405
Arxiv: 1411.2437
[47] Г. Дж. Липкин, Н. Мешков и А. Дж. Глик. «Применимость методов аппроксимации многих тел для разрешимой модели: (i). Точные решения и теория возмущений». Ядерная физика 62, 188–198 (1965).
https://doi.org/10.1016/0029-5582(65)90862-X
[48] Юки Кавагути и Масахито Уэда. «Спинорные конденсаты Бозе – Эйнштейна». Отчеты по физике 520, 253–381 (2012). архив: 1001.2072.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2012.07.005
Arxiv: 1001.2072
[49] Дэн М. Стампер-Керн и Масахито Уэда. «Спинорные бозе-газы: симметрии, магнетизм и квантовая динамика». Преподобный Мод. физ. 85, 1191–1244 (2013). архив: 1205.1888.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.85.1191
Arxiv: 1205.1888
[50] Даниэль Бенедикто Оренес, Анна У Ковальчик, Эмилия Витковска и Джованни Баронтини. «Изучение термодинамики бозе-газов со спином 1 с синтетической намагниченностью». Новый журнал физики 21, 043024 (2019). архив: 1901.00427.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab14b4
Arxiv: 1901.00427
[51] Мин Сюэ, Шуай Инь и Ли Ю. «Универсальная критическая динамика квантового фазового перехода в ферромагнитных спинорных атомных конденсатах Бозе-Эйнштейна». Физический обзор A 98, 013619 (2018). архив: 1805.02174.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.013619
Arxiv: 1805.02174
[52] Себастьян Дюсюэль и Жюльен Видаль. «Экспоненты конечного размера модели Липкина-Мешкова-Глика». Письма о физическом обзоре 93, 237204 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.93.237204
[53] Бертран Эврар, Ан Ку, Жан Далибар и Фабрис Жербье. «Получение и характеристика фрагментированного спинорного конденсата Бозе-Эйнштейна» (2020). архив: 2010.15739.
Arxiv: 2010.15739
[54] А. Лангари. «Квантовая ренормализационная группа модели XYZ в поперечном магнитном поле». Физический обзор B 69 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.69.100402
[55] Фабио Франчини. «Введение в интегрируемые методы для одномерных квантовых систем». Издательство Springer International. (2017). архив: 1609.02100.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-48487-7
Arxiv: 1609.02100
[56] Ян Аффлек и Масаки Осикава. «Полевая щель в бензоате Cu и других $s=frac{1}{2}$ антиферромагнитных цепочках». Physical Review B 60, 1038–1056 (1999). arXiv:cond-mat/9905002.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.60.1038
Arxiv: конд-мат / 9905002
[57] Ханс-Юрген Микеска и Алексей К. Колежук. «Одномерный магнетизм». Глава 1, страницы 1–83. Спрингер Берлин Гейдельберг. Берлин, Гейдельберг (2004).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BFb0119591
[58] Мохаммад Мехбуди, Мария Морено-Кардонер, Габриэле Де Кьяра и Анна Санпера. «Точность термометрии в сильно коррелированных газах с ультрахолодной решеткой». Новый журнал физики 17, 055020 (2015). архив: 1501.03095.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/5/055020
Arxiv: 1501.03095
[59] Майкл Хартманн, Гюнтер Малер и Ортвин Гесс. «Локальные и глобальные тепловые состояния: корреляции и существование локальных температур». физ. Ред. Е 70, 066148 (2004). arXiv:quant-ph/0404164.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.70.066148
Arxiv: колич-фот / 0404164
[60] Майкл Хартманн, Гюнтер Малер и Ортвин Гесс. «Существование температуры в наномасштабе». физ. Преподобный Летт. 93, 080402 (2004). arXiv:quant-ph/0312214.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.93.080402
Arxiv: колич-фот / 0312214
[61] Артур Гарсия-Саес, Алессандро Ферраро и Антонио Асин. «Локальная температура в квантовых тепловых состояниях». физ. Ред. А 79, 052340 (2009 г.). архив: 0808.0102.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.052340
Arxiv: 0808.0102
[62] Алессандро Ферраро, Артур Гарсия-Саес и Антонио Асин. «Интенсивные температурные и квантовые корреляции для точных квантовых измерений». EPL (Письма Еврофизики) 98, 10009 (2012). архив: 1102.5710.
https://doi.org/10.1209/0295-5075/98/10009
Arxiv: 1102.5710
[63] М. Клиш, К. Гоголин, М. Дж. Касторяно, А. Риера, Дж. Эйзерт. «Локальность температуры». физ. Ред. X 4, 031019 (2014). архив: 1309.0816.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.4.031019
Arxiv: 1309.0816
[64] Сенайда Эрнандес-Сантана, Арнау Риера, Карен В. Ованнисян, Марти Перарнау-Льобет, Лука Тальякоццо и Антонио Асин. «Локальность температуры в спиновых цепочках». Новый журнал физики 17, 085007 (2015). архив: 1506.04060.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/8/085007
Arxiv: 1506.04060
[65] Сенайда Эрнандес-Сантана, Андраш Молнар, Кристиан Гоголин, Х. Игнасио Чирак и Антонио Асин. «Локальность температуры и корреляции при наличии ненулевых температурных фазовых переходов». Новый журнал физики 23, 073052 (2021). архив: 2010.15256.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac14a9
Arxiv: 2010.15256
[66] Сильвана Паласиос, Саймон Куп, Пау Гомес, Томас Вандербрюгген, Ю. Натали Мартинес де Эскобар, Мартин Джасперс и Морган В. Митчелл. «Многосекундная магнитная когерентность в однодоменном спинорном конденсате Бозе-Эйнштейна». Новый журнал физики 20, 053008 (2018). архив: 1707.09607.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aab2a0
Arxiv: 1707.09607
[67] Пау Гомес, Ферран Мартин, Кьяра Маззинги, Даниэль Бенедикто Оренес, Сильвана Паласиос и Морган В. Митчелл. «Конденсатометр Бозе-Эйнштейна». Письма о физическом обзоре 124, 170401 (2020). архив: 1910.06642.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.170401
Arxiv: 1910.06642
[68] Кай Эккерт, Ориол Ромеро-Изарт, Мирта Родригес, Мацей Левенштейн, Юджин С Ползик и Анна Санпера. «Квантовое обнаружение без разрушения сильно коррелированных систем». Физика природы 4, 50–54 (2008). архив: 0709.0527.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys776
Arxiv: 0709.0527
[69] Йинк Лунг Лен, Тувия Гефен, Алекс Рецкер и Ян Колодыньский. «Квантовая метрология с несовершенными измерениями» (2021). архив: 2109.01160.
Arxiv: 2109.01160
[70] Марцин Плодзень, Рафал Демкович-Добжаньки и Томаш Совински. «Малофермионная термометрия». Физический обзор A 97, 063619 (2018). архив: 1804.04506.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.063619
Arxiv: 1804.04506
Цитируется
Не удалось получить Перекрестная ссылка на данные во время последней попытки 2022-09-19 13:59:32: Не удалось получить цитируемые данные для 10.22331 / q-2022-09-19-808 от Crossref. Это нормально, если DOI был зарегистрирован недавно. На САО / НАСА ADS Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2022-09-19 13:59:32).
Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.
