非平衡态量子测温中的直接温度读数

量子测温学旨在测量纳米尺度量子系统的温度,其目标与经典测温学相对应。然而温度并非量子可观测量,因此大多数理论研究集中于通过量子克拉默-拉奥界分析量子费希尔信息设定的基本精度极限。相比之下,量子测温能否实现直接温度读数仍属未知领域,特别是在实际应用中普遍存在的非平衡条件下。为解决这一问题,该研究团队开发了一种基于热力学推断策略的直接温度读数方案。该方案融合了两项概念性突破:(i)通过应用最大熵原理并以温度计平均能量作为约束条件,研究人员为非平衡态温度计指定了参考温度。研究表明该参考温度优于通过平衡类比定义的常用有效温度;(ii)该工作获得了半正定误差函数,其下限约束了参考温度与真实温度的偏差(类似于均方误差的量子克拉默-拉奥界),并在与样品达到热平衡时趋近于零。通过将参考温度与这些误差函数结合,研究人员提出了修正动力学温度的概念,可在非平衡条件下提供后处理的温度读数。该团队在基于量子位的温度计中验证了修正动力学温度对多种非平衡初始态的适用性,证实其具备估计真实温度的能力。值得注意的是,研究发现增强量子相干性可提升该读数方案的精度。
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提交arXiv: 2026-01-12 04:44

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