에너지 측정은 약한 결합을 넘어 온도계 최적 상태로 유지됩니다.

에너지 측정은 약한 결합을 넘어 온도계 최적 상태로 유지됩니다.

타임 스탬프 : 28 년 2023 월 7 일 오전 52:XNUMX
소스 노드 : 2402371

조나스 글라타드1, 카렌 V. 호바니시안2, 마르티 페라나우-요베트3, 루이스 A. 코레아4,1, 그리고 해리 JD 밀러5

1영국 Exeter EX4 4QL, University of Exeter 물리학 및 천문학과
2포츠담 대학교, 물리학 및 천문학 연구소, Karl-Liebknecht-Str. 24–25, 14476 포츠담, 독일
3Département de Physique Appliquée, Université de Genève, 1211 제네바, 스위스
4Departamento de Física, Universidad de La Laguna, La Laguna 38203, 스페인
5영국 맨체스터 M13 9PL 맨체스터 대학교 물리천문학부

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추상

우리는 프로브-샘플 상호 작용에서 최대 XNUMX차 유한 결합 양자 온도계의 일반적인 섭동 이론을 개발합니다. 가정에 따르면 프로브와 샘플은 열 평형 상태에 있으므로 프로브는 평균 힘 깁스 상태로 설명됩니다. 우리는 프로브의 국지적 에너지 측정을 통해서만 최고의 온도 측정 정밀도(커플링의 XNUMX차)를 달성할 수 있음을 증명합니다. 따라서 일관성에서 온도 정보를 추출하거나 적응 체계를 고안하는 것은 이 체제에서 실질적인 이점을 제공하지 않습니다. 또한 온도 변화에 대한 프로브의 민감도를 포착하는 양자 피셔 정보에 대한 폐쇄형 표현을 제공합니다. 마지막으로 두 가지 간단한 예를 통해 공식의 사용 용이성을 벤치마킹하고 설명합니다. 우리의 형식주의는 동적 시간 척도의 분리나 프로브 또는 샘플의 특성에 대해 어떠한 가정도 하지 않습니다. 따라서 열 민감도와 이를 달성하기 위한 최적의 측정에 대한 분석적 통찰력을 제공함으로써 우리의 결과는 유한 결합 효과를 무시할 수 없는 설정에서 양자 온도 측정을 위한 길을 열어줍니다.

인기 요약

온도계의 일반적인 개념은 탐침("온도계")을 샘플과 접촉시키고 결합 열 평형에 도달할 때까지 기다린 다음 탐침을 측정하는 것입니다. 프로브-샘플 상호 작용이 약한 경우 프로브 자체가 열적이며 최적의 온도 측정은 로컬 에너지 고유 기준에서 프로브를 간단히 측정하여 달성됩니다. 이 그림은 편리하기는 하지만 저온에서는 근본적으로 결함이 있습니다. 즉, XNUMX이 아닌 상호 작용은 절대 영도 근처에서 약한 것으로 간주될 수 없습니다. 그리고 상호 작용을 XNUMX으로 만드는 것은 해결책이 아닙니다. 그렇게 하면 프로브 열화가 방해되기 때문입니다.
프로브-샘플 결합이 강할 때 프로브는 샘플과 평형을 이룰 때 열 상태에 있지 않습니다. 대신 이는 일반적으로 결합 매개변수와 심지어 온도 자체에 대한 복잡한 의존성을 갖는 소위 평균 힘 깁스 상태(mean-force Gibbs state)로 설명됩니다. 결과적으로 최적의 온도 측정은 단순성을 잃고 약한 결합 영역을 넘어서는 최적의 온도 측정에 대한 일반적인 처방을 찾는 것이 여전히 열려 있는 과제로 남아 있습니다.
그럼에도 불구하고 여기서 우리는 놀랍게도 프로브의 에너지 측정이 약한 결합 영역을 넘어 적당한 결합에서도 거의 최적으로 유지된다는 것을 최소한의 가정하에 증명합니다. 이는 일관성을 활용하거나 적응형 전략을 사용하는 정교한 측정 방식이 결합이 너무 강하지 않은 한 실질적인 이점을 제공하지 않음을 의미합니다.
우리가 집에 가져갈 메시지는요? 국소적으로 탐침을 측정하는 실험적 능력은 종종 정확한 온도 측정에 충분합니다.

► BibTeX 데이터

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위의 인용은 SAO / NASA ADS (마지막으로 성공적으로 업데이트 됨 2023-11-28 12:59:52). 모든 출판사가 적절하고 완전한 인용 데이터를 제공하지는 않기 때문에 목록이 불완전 할 수 있습니다.

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