Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Topological quantum thermometry

Published 24 Nov 2023 in quant-ph, cond-mat.quant-gas, and physics.atom-ph | (2311.14524v1)

Abstract: An optimal local quantum thermometer is a quantum many-body system that saturates the fundamental lower bound for the thermal state temperature estimation accuracy [L. Correa, et. al., Phys. Rev. Lett. 114, 220405 (2015)]. Such a thermometer has a particular energy level structure with a single ground state and highly degenerated excited states manifold, with an energy gap proportional to the estimated temperature. In this work, we show that the optimal local quantum thermometer can be realized in an experimentally feasible system of spinless fermions confined in a one-dimensional optical lattice described by the Rice-Mele model. We characterize the system's sensitivity to temperature changes in terms of quantum Fisher information and the classical Fisher information obtained from experimentally available site occupation measurements.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (48)
  1. R. Kosloff and A. Levy, Annual Review of Physical Chemistry 65, 365 (2014).
  2. M. Campisi, J. Pekola, and R. Fazio, New Journal of Physics 17, 035012 (2015).
  3. N. M. Myers, O. Abah, and S. Deffner, AVS Quantum Science 4, 027101 (2022).
  4. J. Gemmer, M. Michel, and G. Mahler, Quantum thermodynamics: Emergence of thermodynamic behavior within composite quantum systems, Vol. 784 (Springer, 2009).
  5. S. Vinjanampathy and J. Anders, Contemporary Physics 57, 545 (2016).
  6. S. Deffner and S. Campbell, Quantum Thermodynamics, 2053-2571 (Morgan & Claypool Publishers, 2019).
  7. S. Bhattacharjee and A. Dutta, The European Physical Journal B 94, 1 (2021).
  8. S. Mondal and S. Bhattacharjee, Physical Review E 105, 044125 (2022).
  9. S. Ghosh, T. Chanda, and A. Sen(De), Physical Review A 101, 032115 (2020).
  10. M. Boubakour, T. Fogarty, and T. Busch, Physical Review Research 5, 013088 (2023).
  11. M. Horodecki and J. Oppenheim, Nature Communications 4, 2059 (2013).
  12. L. D. Carlos and F. Palacio, Thermometry at the nanoscale: techniques and selected applications (Royal Society of Chemistry, 2015).
  13. K. V. Hovhannisyan and L. A. Correa, Physical Review B 98, 045101 (2018).
  14. P. Lipka-Bartosik, M. Perarnau-Llobet, and N. Brunner, Physical Review Letters 130, 040401 (2023).
  15. S. Bhattacharjee, U. Bhattacharya, and A. Dutta, Physical Review B 98, 104302 (2018).
  16. S. L. Braunstein and C. M. Caves, Physical Review Letters 72, 3439 (1994).
  17. H. Cramér, Mathematical Methods of Statistics (PMS-9), Volume 9 (Princeton University Press, Princeton, 1946).
  18. C. W. Helstrom, Journal of Statistical Physics 1, 231 (1969).
  19. V. Giovannetti, S. Lloyd, and L. Maccone, Nature Photonics 5, 222 (2011).
  20. R. Demkowicz-Dobrzański, W. Górecki, and M. Guţă, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 53, 363001 (2020).
  21. I. Frérot, M. Fadel, and M. Lewenstein, Reports on Progress in Physics 86, 114001 (2023).
  22. J. Rubio, J. Anders, and L. A. Correa, Physical Review Letters 127, 190402 (2021).
  23. A. De Pasquale and T. M. Stace, in Thermodynamics in the Quantum Regime: Fundamental Aspects and New Directions (Springer International Publishing, Cham, 2018) pp. 503–527.
  24. M. Mehboudi, A. Sanpera, and L. A. Correa, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 52, 303001 (2019a).
  25. J. Boeyens, S. Seah, and S. Nimmrichter, Physical Review A 104, 052214 (2021).
  26. M. Płodzień, R. Demkowicz-Dobrzański, and T. Sowiński, Physical Review A 97, 063619 (2018).
  27. D. Brody and N. Rivier, Physical Review E 51, 1006 (1995).
  28. P. Zanardi, P. Giorda, and M. Cozzini, Physical Review Letters 99, 100603 (2007).
  29. M. Mehboudi, L. A. Correa, and A. Sanpera, Physical Review A 94, 042121 (2016).
  30. F. Haupt, A. Imamoglu, and M. Kroner, Physical Review Applied 2, 024001 (2014).
  31. M. Fujiwara and Y. Shikano, Nanotechnology 32, 482002 (2021).
  32. J. Glatthard and L. A. Correa, Quantum 6, 705 (2022).
  33. L. Oghittu and A. Negretti, Physical Review Research 4 (2022).
  34. S. Robles and J. Rodríguez-Laguna, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2017, 033105 (2017).
  35. M. Brenes and D. Segal, Physical Review A 108, 032220 (2023).
  36. R. Salvia, M. Mehboudi, and M. Perarnau-Llobet, Physical Review Letters 130, 240803 (2023).
  37. M. J. Rice and E. J. Mele, Physical Review Letters 49, 1455 (1982).
  38. W. P. Su, J. R. Schrieffer, and A. J. Heeger, Physical Review Letters 42, 1698 (1979).
  39. X.-L. Qi and S.-C. Zhang, Reviews of Modern Physics 83, 1057 (2011).
  40. M. Z. Hasan and C. L. Kane, Reviews of Modern Physics 82, 3045 (2010).
  41. J. K. Asbóth, L. Oroszlány, and A. Pályi, A Short Course on Topological Insulators (Springer International Publishing, 2016).
  42. N. R. Cooper, J. Dalibard, and I. B. Spielman, Reviews of Modern Physics 91, 015005 (2019).
  43. L. Li, Z. Xu, and S. Chen, Physical Review B 89, 085111 (2014).
  44. R. Resta, Physical Review Letters 80, 1800 (1998).
  45. R. Resta, Reviews of Modern Physics 66, 899 (1994).
  46. S. Sen and K. S. Gupta, Many-Body Physics, Topology and Geometry (World Scientific, 2015).
  47. T. Macrì and T. Pohl, Physical Review A 89, 011402 (2014).
  48. D. Malz and J. I. Cirac, PRX Quantum 4, 020301 (2023).
Citations (2)

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.