1ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, Barcelona Institute of Science and Technology, 08860 Castelldefels, Barcelona, Spania
2Fakultet for fysikk, Universitetet i Warszawa, ul. Pasteura 5, PL-02-093 Warszawa, Polen
3Institutt for fysikk, Universitetet i 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, Spania
6Institutt for fysikk PAS, Aleja Lotnikow 32/46, 02-668 Warszawa, Polen
Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.
Abstrakt
I dette arbeidet studerer vi temperaturføling med sterkt korrelerte systemer av endelig størrelse som viser kvantefaseoverganger. Vi bruker quantum Fisher-informasjon (QFI)-tilnærmingen for å kvantifisere følsomheten i temperaturestimeringen, og bruker et skaleringsrammeverk med begrenset størrelse for å knytte denne følsomheten til kritiske eksponenter av systemet rundt kritiske punkter. Vi beregner QFI numerisk rundt de kritiske punktene for to eksperimentelt realiserbare systemer: spin-1 Bose-Einstein-kondensatet og spin-kjede Heisenberg XX-modellen i nærvær av et eksternt magnetfelt. Resultatene våre bekrefter skaleringsegenskapene i endelig størrelse til QFI. Videre diskuterer vi eksperimentelt tilgjengelige observerbare som (nesten) metter QFI på de kritiske punktene for disse to systemene.
► BibTeX-data
► Referanser
[1] Carl W. Helstrom. "Kvantedeteksjon og estimeringsteori". Journal of Statistical Physics 1, 231–252 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01007479
[2] EO Göbel og U. Siegner. "Kvantemetrologi: Grunnlaget for enheter og målinger". Wiley-VCH. (2015).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9783527680887
[3] Samuel L. Braunstein og Carlton M. Caves. "Statistisk avstand og geometrien til kvantetilstander". 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. "Kvantehastighetsgrense for fysiske prosesser". 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 kvanteinformasjonsvitenskapelig perspektiv". 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. "Interaksjonsbasert kvantemetrologi som viser skalering utover Heisenberg-grensen". 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. "Kvantekritisitet som en ressurs for 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 for 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-grensen selv når snarveier til adiabatisitet brukes." 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 rammeverk for kritiskhetsforbedret kvantesansing". 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 grensene for kritikkbasert kvantemetrologi: tilsynelatende Super-Heisenberg-skalering på nytt". Fysisk gjennomgang 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. "Supersensitiv kvantesensor basert på kritikalitet i et antiferromagnetisk spinorkondensat". Physical Review 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. "Kritikkforbedret kvantesensing i ferromagnetiske bose-einstein-kondensater: Rolle for utlesningsmåling og deteksjonsstøy". 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 sansing forbedret av kvantekritikk" (2019). arXiv:1906.01447.
arxiv: 1906.01447
[17] Giulio Salvatori, Antonio Mandarino og Matteo GA Paris. "Kvantemetrologi i Lipkin-Meshkov-Glick kritiske systemer". Physical Review A 90, 022111 (2014). arXiv:1406.5766.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.022111
arxiv: 1406.5766
[18] Mankei Tsang. "Kvanteovergangs-kantdetektorer". Physical Review 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. "Blandet tilstandstrohet og kvantekritisitet 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. "Troskap, dynamisk strukturfaktor og mottakelighet i kritiske fenomener". Fysisk gjennomgang 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 av flerpartssammenfiltring gjennom dynamiske følsomheter". Nature Physics 12, 778–782 (2016). arXiv:1509.01739.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3700
arxiv: 1509.01739
[22] Shi-Jian Gu. "Troskapstilnærming til kvantefaseoverganger". 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 oppvarmingsdynamikk i åpne 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". Optikkkommunikasjon 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. "Presisjon av proteintermometri". 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 mangekroppssystemer". World Scientific Publishing, Singapore. (2001).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781316576854
[27] J. Cardy, redaktør. "Skalering i endelig størrelse". Elsevier Science Publisher, Amsterdam: Nord-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] Massimo Campostrini, Andrea Pelissetto og Ettore Vicari. "Skalering i endelig størrelse ved kvanteoverganger". Fysisk gjennomgang 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. "Informasjonsteoretisk differensialgeometri for kvantefaseoverganger". 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 kvantekritisitet". 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. "Å slå den klassiske presisjonsgrensen med spin-1 dicke-tilstander på mer enn 10,000 115 atomer". Proceedings of the National Academy of Sciences 6381, 6385–2018 (1802.10288). arXiv:XNUMX.
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 avstembar heisenberg-modell realisert med ultrakalde 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. "Enatoms termometer for ultrakalde gasser". Physical Review 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. "Enatoms kvantesonder for ultrakalde gasser forsterket av spinndynamikk uten likevekt". Fysisk gjennomgang 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. "Avkjøling av Bose-Einstein kondenserer under 500 pikokelvin". 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 kjøling av en Bose-gass til 0.02 ganger kondensasjonstemperaturen". Nature Physics 11, 720–723 (2015). arXiv:1505.06196.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3408
arxiv: 1505.06196
[37] Matteo GA Paris. "Å oppnå Landau bundet til presisjon av kvantetermometri i systemer med forsvinnende gap". 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 fremskritt". 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 for statistikk". 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 kvantefaseoverganger". Anmeldelser av Modern Physics 69 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.69.315
[41] Andrea Pelissetto og Ettore Vicari. "Kritiske fenomener og renormaliseringsgruppeteori". Physics Reports 368, 549–727 (2002). arXiv:cond-mat/0012164.
https://doi.org/10.1016/s0370-1573(02)00219-3
arxiv: dirigent-matte / 0012164
[42] Michael E. Fisher og Michael N. Barber. "Skaleringsteori for effekt av endelig størrelse i den kritiske regionen". Physical Review Letters 28, 1516–1519 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.28.1516
[43] R. Botet og R. Jullien. "Kritisk oppførsel i stor størrelse til uendelig koordinerte systemer". Physical Review B 28, 3955–3967 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.28.3955
[44] Davide Rossini og Ettore Vicari. "Grunnstatstrohet ved førsteordens kvanteoverganger". Fysisk gjennomgang 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 gjennom mottakelighet: den inhomogene kvante-Ising-modellsaken". 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 for 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. "Gyldigheten av mangekroppstilnærmingsmetoder for en løsbar modell: (i). Nøyaktige løsninger og forstyrrelsesteori”. 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". Fysikkrapporter 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 kvantedynamikk". 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. "Utforsker termodynamikken til 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. "Universell drevet kritisk dynamikk over en kvantefaseovergang i ferromagnetiske spinoratomiske Bose-Einstein-kondensater". Physical Review A 98, 013619 (2018). arXiv:1805.02174.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.013619
arxiv: 1805.02174
[52] Sébastien Dusuel og Julien Vidal. "Skaleringseksponenter av endelig størrelse for 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. "Produksjon og karakterisering av et fragmentert spinor Bose-Einstein-kondensat" (2020). arXiv:2010.15739.
arxiv: 2010.15739
[54] A. Langari. "Kvanterenormaliseringsgruppe av XYZ-modell i et tverrgående magnetfelt". Fysisk gjennomgang B 69 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.69.100402
[55] Fabio Franchini. "En introduksjon til integrerbare teknikker for endimensjonale 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. "Feltindusert gap i Cu-benzoat og andre $s=frac{1}{2}$ antiferromagnetiske kjeder". Physical Review B 60, 1038–1056 (1999). arXiv:cond-mat/9905002.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.60.1038
arxiv: dirigent-matte / 9905002
[57] Hans-Jürgen Mikeska og Alexei K. Kolezhuk. "Endimensjonal magnetisme". Kapittel 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. "Termometripresisjon i sterkt korrelerte ultrakalde 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 tilstander: Korrelasjoner og eksistensen av 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 av temperatur på nanoskala". 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 tilstander". 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 kvantekorrelasjoner for raffinerte 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 spinnkjeder". 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 korrelasjoner i nærvær av faseoverganger som ikke er nulltemperaturer". 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 koherens i et enkelt domene 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-riving deteksjon av sterkt korrelerte 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 ufullkomne målinger" (2021). arXiv:2109.01160.
arxiv: 2109.01160
[70] Marcin Płodzień, Rafał Demkowicz-Dobrzańki og Tomasz Sowiński. "Termometri med få fermioner". Physical Review A 97, 063619 (2018). arXiv:1804.04506.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.063619
arxiv: 1804.04506
Sitert av
Kunne ikke hente Crossref sitert av data under siste forsøk 2022-09-19 13:59:32: Kunne ikke hente siterte data for 10.22331 / q-2022-09-19-808 fra Crossref. Dette er normalt hvis DOI nylig ble registrert. På SAO / NASA ADS ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2022-09-19 13:59:32).
Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.
