Quantum Mpemba Effect in Non-Equilibrium Quantum Thermometry
The University of Hong Kong（香港大学）
研究量子迈佩尔效应与量子热计的关系，证明最优热计初始态在非平衡情况下表现出高概率的量子迈佩尔效应并更快热化，揭示量子热力学与热计的基础联系。
2026-04-16 quant-ph
Optimal cold atom thermometry using adaptive Bayesian strategies
在量子技术中，对少数超冷原子系统的精确温度测量是至关重要的，但可能是非常资源密集型的。在这里，我们提出了一个自适应贝叶斯框架，大大提高了冷原子温度估计的性能。具体来说，我们处理数据从真实的和模拟的释放-重新捕获温度测量实验的几个钾原子冷却到微开尔文范围内的光镊。从模拟中，我们证明，自适应地选择释放-重新捕获时间，以最大限度地提高信息增益确实大大减少了估计收敛到最终读数所需的测量次数。与传统方法不同，我们的建议系统地避免捕获和处理无信息的数据。我们还发现，一个更简单的非自适应方法，利用所有的先验信息可以产生竞争力的结果，我们把它的测试真实的实验数据。此外，我们能够产生更可靠的估计，特别是当测量数据是稀缺的和嘈杂的，他们收敛速度更快的渐近极限的真实温度。重要的是，底层的贝叶斯框架不是特定于平台的，可以适应其他设置以提高精度，从而为量子测温开辟新的途径。
2022-10-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Superposition of causal order as a metrological resource for quantum thermometry
我们提出了一种新的方法，量子位测温使用量子开关，引入了一个不确定的因果顺序的探针浴相互作用，显着提高测温精度。与先前研究的最佳量子位探针相比，所得到的量子位探针在低温和高温下都显示出更高的精度。它甚至比谐振子探针的性能更好，尽管它只有两个能级，而不是像谐振子那样有无限多个能级。因此，我们明确地表明，量子资源，如量子开关，可以显着改善平衡测温。我们还导出了一种新的形式的热力学不确定性关系，更紧密，并依赖于能隙的探头。目前的工作可能铺平了道路，使用不确定的因果顺序作为一个可追溯的资源。
2018-12-18 quant-ph
Non-Markovian quantum thermometry
量子技术和热力学的迅速发展，对微观物质的温度在量子水平上的精确控制和测量提出了要求。人们提出了许多量子测温方案。然而，精确测量低温仍然具有挑战性，因为所获得的感测误差通常倾向于随着温度的降低而发散。利用连续变量系统作为温度计，我们提出了非马尔可夫量子测温法来测量量子库的温度。发现了一种使传感误差$δT$与温度$T$成比例的机制，即在全温区，$T$为朗道界$δT\simeq T$。我们的分析表明，这是量子临界的总温度计水库系统，导致这种增强的灵敏度。该结果有效地避免了误差发散问题，为精确测量量子系统的低温提供了一种有效的方法。
2022-03-30 quant-ph
Temperature-heat uncertainty relation in nonequilibrium quantum thermometry
本文提出非平衡量子测温中的温度-热量不确定关系，将热量分解为轨迹热量和关联热量，证明二者均是提升温度估计精度的资源，并建立信息论与热力学的联系。
2024-08-12 quant-ph
Trade-off between information and disturbance in qubit thermometry
我们从量子估计理论的角度讨论了量子比特测温中信息和扰动之间的权衡。给定一个量子测量，我们通过测量的Fisher信息量化信息，通过四个不同的品质因数来量化干扰，这四个品质因数捕获了权衡的不同方面（统计，几何，几何）。对于每个干扰测量，明确地确定有效测量，即引入不大于提取相同信息量的任何其他测量的干扰的测量。有效测量的族随干扰测量的选择而变化。另一方面，概率算子值测度（POVM）的元素与温度计的平衡态之间的可交换性是相对于任何扰动图的效率的必要条件。
2018-04-13 quant-ph
Probe thermometry with continuous measurements
本文研究连续监测两能级探针热跃迁的实时测温，采用贝叶斯方法比较玻色与费米环境，并证明自适应策略可提升精度但短时间内更易受噪声影响。
2023-07-25 quant-ph
Anomaly to Resource: The Mpemba Effect in Quantum Thermometry
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Indian Institute of Technology (ISM)（印度理工学院（ISMT））
本文提出利用非平衡初始化实现量子测温中的迈克尔效应，通过增强量子 Fisher 信息提升温度估计精度，为超快纳米尺度传感提供新方法。
2026-01-08 quant-ph
Criticality-Enhanced Precision in Phase Thermometry
本文研究基于自旋探针退相干动力学的二维伊辛晶格非侵入式测温，发现量子费希尔信息在相变临界点附近显著增强，并证明平均场模型无法刻画有限系统中的临界自旋涨落。
2023-12-01 quant-ph
Catalytic transformations with finite-size environments: applications to cooling and thermometry
热力学的热力学定律通常是在无限大环境的假设下表述的。虽然这种理想化有利于理论处理，但实际物理系统总是有限的，它们的相互作用范围是有限的。这些约束对重要的任务有影响，比如冷却，而不是直接被热力学第二定律所捕获。在这里，我们研究催化转化，不能实现当一个系统专门与有限的环境相互作用。我们的核心结果包括这些转换的建设性条件，其中包括相应的整体酉操作和所有系统的显式状态。从这个结果中，我们提出了关于使用催化剂进行冷却的各种发现。首先，我们表明，催化冷却总是可能的，如果催化剂的尺寸是足够大的。特别是，使用热量子位的量子位的冷却可以用像三能级系统一样小的催化剂来最大化。我们还确定了催化增强的任务，其实施是可能的，没有催化剂。例如，我们发现在多量子位设置中，基于三体相互作用的催化冷却优于使用高阶相互作用的标准（非催化）冷却。另一个优点是在温度测量场景中示出的，其中量子位被用来探测环境的温度。在这种情况下，我们表明，催化剂允许超过最佳的温度估计达到只有与探头。
2021-09-13 quant-ph
Versatile probe state preparation via generalized measurements for quantum sensing and thermometry
Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal da Grande Dourados（大杜拉多斯联邦大学精确科学与技术学院）；Xiamen University（厦门大学）；Universidade Federal de Lavras（拉夫拉斯联邦大学）
本文通过非选择性广义量子测量优化单量子比特系统的参数估计，展示如何设计多种探针态以提高测量精度，并推导量子 Fisher 信息与热力学特性之间的关系。
2026-05-12 quant-ph
Invasiveness of non-equilibrium quantum thermometry
本研究揭示量子测温中探针获取温度信息与样品吸热之间的非平凡关系，并证明时间最优方案及强耦合可提升精度同时限制热量吸收，为量子测温的热力学成本分析奠定基础。
2023-05-05 quant-ph
Fundamental limits on low-temperature quantum thermometry with finite resolution
虽然在量子系统中准确测量低温的能力在广泛的实验中很重要，但量子测温的可能性和基本限制在理论上尚未完全理解。在这里，我们开发了一个通用的方法来低温量子测温，考虑到所产生的限制，不仅从样品，而且从测量过程。我们推导出一个基本的约束上的任何温度测量，具有有限的分辨率的最小不确定性。从热力学第三定律可以得到类似的界限。此外，我们确定了一种机制，使次指数缩放，即使在有限分辨率的制度。我们说明了这种效果的情况下，温度测量的费米紧束缚链访问只有两个晶格位置，在那里我们发现一个二次发散的不确定性。我们还给出了理想量子气体和正方晶格伊辛模型的说明性例子，突出了相变的作用。
2019-06-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Classical Thermometry of Quantum Annealers
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；D-Wave Quantum Inc.（D-Wave量子公司）
本研究通过实验评估量子退火机的有效温度模型，发现需要非热效应修正，揭示了其在经典热力学实验中的可行性和非理想性。
2025-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Spectroscopy and critical quantum thermometry in the ultrastrong coupling regime
我们提出了各向异性Hopfield模型的精确解析解，并利用它详细研究了两个超强耦合量子系统的光谱和温度响应。有趣的是，我们表明，根据耦合系统的初始状态，真空拉比分裂表现出显着的不对称性，可以被认为是违反直觉的解耦效应的光谱签名。使用耦合系统作为量子热力学应用的温度计，我们得到了在超强耦合制度下仍然有效的温度估计的最终界限。值得注意的是，如果系统执行量子相变，则量子费舍尔信息表现出周期性发散，这表明对于这样的临界量子传感器，可以具有任意高的测温精度的几个点。
2021-01-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Primary thermometry of propagating microwaves in the quantum regime
控制和测量传播微波模式的温度降到非常低的温度的能力对于量子信息处理是必不可少的，并且可能为在纳米尺度上也在量子范围内的热传输的研究打开机会。在这里，我们提出并实验证明主要的测温传播微波使用transmon型超导电路。我们的设备连续工作，灵敏度低至$4\times 10^{-4}$光子/ $\sqrt{\mbox{Hz}}$，带宽为40 MHz。我们测量的热占领的高度衰减的同轴电缆的模式在0.001至0.4热光子的范围内，对应的温度范围从35 mK到210 mK在5 GHz左右的频率。为了以可控的方式提高辐射温度，我们要么注入校准的宽带数字噪声，要么加热器件及其环境。这种测温方案可以在低温微波装置的基准测试和表征、混合量子系统的温度测量和量子热力学中找到应用。
2020-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Designing optimal protocols in Bayesian quantum parameter estimation with higher-order operations
针对贝叶斯量子参数估计最优协议设计的通用求解难题，提出基于高阶操作与半定规划的方法，可任意精度逼近最优解，适用于各类单/多参数估计场景，并拓展了相关研究结论。
2024-06-21 quant-ph
Absolute Single Ion Thermometry
我们描述和实验实现了一个单离子局部测温技术与绝对灵敏度适用于所有激光冷却的原子离子物种。该技术是基于在J $\rightarrow$ J过渡量身定制的准暗共振的速度相关的光谱形状，使得两个驱动场可以从相同的激光源导出，从而导致可以忽略的相对相移。我们验证了该方法，并测试了其性能在一个单一的88 Sr +离子在表面射频阱冷却的实验。我们首先应用该技术测量了表面阱的加热速率。然后，我们测量的离子的稳定温度作为冷却激光失谐的多普勒制度的函数。结果与理论计算一致，在500 $μ$ K，温度范围在0.5和3 mK之间，在没有可调参数的情况下，绝对误差小于100 $μ$ K。这种简单易行且可靠的方法为在未来的单离子水平上处理离子链热传输或热力学的实验中快速绝对测量单离子温度开辟了道路。
2018-09-28 physics.atom-ph quant-ph
Fast thermometry for trapped ions using dark resonances
我们实验证明了一种方法来确定被困离子的温度，这是适合于监测快速热化过程。我们表明，观察和分析的暗共振的荧光光谱中的线形提供了一个温度测量，在一个大的动态范围内准确，适用于单离子和小离子晶体。在仅$20\,μ$ s的时间内检测激光诱导荧光，从而允许快速确定离子温度。在$10^{-1}-10^{+2}\,$ mK的测量范围内，我们达到了比$15\,\%$更好的精度。将冷却激光器调谐到选定的共振特征允许将离子温度控制在$0.7\,$ mK和大于$10\,$ mK之间。实验工作支持的解决方案的8级光学布洛赫方程时，包括离子的经典运动。这一技术为离子串中的热输运、热机、非平衡态热力学或大离子晶体的测温等实验铺平了道路。
2015-04-09 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Direct temperature readout in nonequilibrium quantum thermometry
Shanghai University（上海大学）
本文提出一种基于热力学推断的直接温度读取方案，通过最大熵原理和误差函数改进非平衡条件下的温度测量精度。
2026-04-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Numerical modeling for trapped-ion thermometry using dark resonances
本文针对囚禁离子温度测量，探讨了几种基于暗共振拟合的简化动力学数值模拟方法，分析了三能级与八能级钙离子模型的优势与局限，指出退相干模拟虽便捷但需校准以减小误差，验证了暗共振作为实用温度计的可行性。
2025-08-08 physics.atom-ph quant-ph
Thermodynamics in Single-Electron Circuits and Superconducting Qubits
本文综述量子纳米结构热现象、测温制冷及单电子电路中的麦克斯韦妖实验，并展望超导电路量子热力学的首批进展。
2018-12-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Maxwell Demon from a Quantum Bayesian Networks Perspective
我们提出了一个新的不等式，我们称之为条件老化不等式（CAIN）。CAIN是对热力学第二定律的非平衡状态的轻微概括。本文的目的是研究CAIN的后果。我们使用CAIN来讨论Maxwell Demon过程（即，反馈的热力学过程）。特别是，我们将CAIN应用于四种情况下的Szilard引擎：一个经典的或一个量子系统与一个或两个相关粒子。除了提出这个新的不等式，我们称之为CAIN，本文的另一个新的特点是，我们使用量子贝叶斯网络来分析麦克斯韦恶魔过程。
2012-12-30 quant-ph
Feedback-Enhanced Quantum Metrology and Clock Precision under Thermodynamic Uncertainty
Key Laboratory of Intelligent Optoelectronic Devices and Chips of Jiangsu Higher Education Institutions, School of Physical Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology（江苏高校智能光电器件与芯片重点实验室，苏州科技大学物理科学与技术学院）；Advanced Technology Research Institute of Taihu Photon Center, School of Physical Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology（太湖光子中心先进技术研究院，苏州科技大学物理科学与技术学院）；Department of Physics, Zhejiang Normal University（浙江师范大学物理系）
该研究构建了幺正跃迁反馈下开放量子系统的全计数统计，推导了反馈修正的热力学不确定性关系，发现反馈可在不改变平均热力学流的前提下增强储库参数估计与量子时钟精度。
2026-09-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamics and Tomonaga-Luttinger liquid behavior of the quantum 1D hard rod model
CPHT, CNRS, Ecole Polytechnique, IP Paris（法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）
利用Yang-Yang理论、路径积分量子蒙特卡洛计算和Luttinger液体理论，研究了量子一维硬杆模型的热力学性质，并证明其在零温和有限温下表现出Tomonaga-Luttinger液体行为，通过关联函数提取了Luttinger参数和热长度。
2026-05-09 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Non-destructively probing the thermodynamics of quantum systems with qumodes
针对量子测量易破坏系统的问题，提出利用连续变量量子模式作为辅助探针，非破坏性地探测平衡与非平衡量子系统的热力学性质，如温度、配分函数及可逆与不可逆功。
2023-09-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonequilibrium thermodynamics of quantum coherence beyond linear response
针对量子相干性非平衡热力学的挑战，本文提出动态贝叶斯网络方法，推导出广义涨落关系与最大功定理，揭示了在线性响应之外的快速过程中相干性可增加最大功提取。
2023-01-31 quant-ph
Bayes' rule, generalized discord, and nonextensive thermodynamics
以贝叶斯规则为唯一的基本原理，导出了量子关联的广义测度。由此产生的量词满足几个理想的条件的量子相关性的措施，并承认操作的解释方面的差异，在效率的量子和经典的恶魔，允许提取广义的工作从热浴。采用$q$熵作为熵原理，建立了与不和谐的联系。这使我们能够重现，在一个参数的形式主义，熵和几何措施的不和谐和物理上区分它们的背景下的非广泛的热力学。除了提供了一个统一的观点的几个措施的相关性的贝叶斯原理及其与热力学的联系，我们的方法揭示了一座桥梁，非广泛的统计力学。
2013-03-18 quant-ph
Experimental Validation of Fully Quantum Fluctuation Theorems Using Dynamic Bayesian Networks
涨落定理是热力学第二定律在小系统中的基本推广。它们在远离平衡态时的普遍有效性使得它们在非平衡态物理学中是无价的。到目前为止，量子涨落关系的实验研究还没有考虑到量子关联和量子相干性这两个基本的量子特性。在这里，我们实验验证详细的和完整的热交换使用两个量子相关的热自旋-1/2在核磁共振设置的量子涨落定理。我们特别确认了量子相关性和量子相干性以及所有量子贡献之和的个体积分波动关系。第二定律的这些精确表述对于研究非平衡态热力学的全量子特性是重要的。
2022-03-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Universal efficiency at optimal work with Bayesian statistics
如果量子热机的每个循环的功在外部参数$a$的适当的先验分布上被平均，则功在Curzon-Ahlborn效率下变得最优。形式为$Π(a) \propto 1/a^γ$的更一般的先验在保持接近CA值的效率下产生最优功，特别是在接近平衡时，效率缩放为卡诺值的一半。这一特点是类似于最近在文献中观察到的有限时间热力学的某些模型。此外，贝叶斯定理的使用意味着用后验概率估计的工作也与经典公式密切相似。这些发现表明，先验信息的概念可以用来揭示量子系统中的热力学特征，从而指出了热力学行为和信息概念之间的新联系。
2010-08-26 cond-mat.stat-mech physics.data-an quant-ph
Detailed fluctuation theorem from the one-time measurement scheme
本研究在单次测量方案下推导出细致量子涨落定理，揭示其与量子非破坏性两次测量的等价性，并借助IBM量子计算机验证，为纳米尺度热力学探索提供新策略。
2023-11-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Parameter Estimation in a Continuously Monitored Non-Markovian Quantum System
Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）；University of Basel（巴塞尔大学）；Universidad de La Laguna（拉帕鲁纳大学）
研究连续监测非马尔可夫量子系统中参数估计问题，提出基于反应坐标映射的方法，针对特定线性系统，分析贝叶斯估计，给出费舍尔信息表达式与估计精度缩放，通过玻色子浴温度测量示例证明方法有效性。
2026-07-20 quant-ph
Finite-Size Effects in Quantum Metrology at Strong Coupling: Microscopic vs Phenomenological Approaches
Koç University（科奇大学）；Korea Research Institute of Standards and Science（韩国标准科学研究所）；University of Calgary（卡尔加里大学）；TÜBİTAK Research Institute for Fundamental Sciences (TBAE)（土耳其科技研究基金会基础科学研究院（TBAE））
研究强耦合下自旋链测量一般参数的极限精度，通过全极化子变换推导有效哈密顿量并计算量子 Fisher 信息，揭示强耦合在低温热计量中的优势及各向异性参数对磁计量精度的增强作用，强调有限尺寸效应不可忽视。
2026-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum state inference from coarse-grained descriptions: analysis and an application to quantum thermodynamics
物理系统的表征依赖于被测量的可观察属性以及如何执行这些测量。在这里，我们分析两种方式分配一个描述量子系统，假设我们只能访问粗粒度的属性。更具体地说，我们比较了最大熵原理方法，与贝叶斯启发最近提出的平均分配图方法[P.S. Correia等人，Phys.Rev.A103，052210（2021）]。尽管这两种方法所分配的描述都尊重所测量的约束，并且它们共享相同的概念基础，但在超出传统系统环境结构的场景中，描述是不同的。因此，平均分配映射被证明是复杂量子系统越来越普遍的情况下更明智的选择。我们讨论了这种差异背后的物理学，并进一步利用它在量子热力学过程。
2022-05-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Journey in quantum metrology and sensing from foundations to applications: a review
Harish-Chandra Research Institute（哈里什-钱德拉研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴哈国家研究所）；Instytut Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Jagielloński（雅盖隆大学物理、天文学与应用信息学系理论物理研究所）
本文综述了量子计量与传感领域，涵盖频率学派与贝叶斯参数估计、单参数与多参数估计、不同编码过程（包括幺正与噪声信道、量子测温及不定因果序信道）、量子纠错辅助方法与储层工程等估计策略、量子Fisher信息在资源检测中的应用，以及量子多体传感器、原子系综、原子-光子与连续变量系统、量子成像、量子照明、原子钟与原子干涉仪等应用，并介绍了不同物理平台上的实验实现。
2026-05-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Optimal current-based sensing of phonon temperature using a finite reservoir
Trinity College Dublin（都柏林三一学院）；CNR-INO and Dipartimento di Fisica, Università di Trento（意大利国家研究委员会光学研究所与特伦托大学物理系）；King’s College London（伦敦国王学院）
本文研究了利用有限热源进行 Phonon 温度测量的最优电流传感方法，通过结合电流计量技术和热力学框架，分析了量子点与有限热源的相互作用，并展示了三种不同策略在长时间极限下的精度优化。
2026-04-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum scale estimation
量子尺度估计，介绍和探讨这里，建立了最精确的框架，尺度参数的估计是允许的量子力学的法律。这解决了量子精密测量中的重要差距，因为当前实践几乎完全集中在相位和位置参数的估计上。对于给定的先验概率和量子态，利用贝叶斯原理，给出了构造最优概率算子测度的规则。此外，确定了相应的最小平均对数误差。这是广义的，以适应多尺度参数的同时估计，并强调了一个程序来分类实际测量到最佳的，几乎最佳的或次优的。作为一种手段的说明，利用新的框架来推广尺度不变的全球测温，以及解决估计的寿命的原子状态。在一个更概念性的说明，最优策略是用来构建一个可观察的尺度参数，这种方法可以作为一个更系统的搜索量子可观察的模板。因此，量子尺度估计在量子信息科学中开辟了一条新的探索路线--精确测量尺度参数，如温度和速率。
2022-10-25 math-ph math.MP physics.data-an
