Quantum metrology and thermometry in open systems
Year: 2017
Type: dissertation
Abstract: En mi tesis exploro la metrología cuántica en sistemas abiertos, con especial enfoque en la estimaci\n\t\t\t\t ón de temperatura cuántica o termometría. Para este objetivo, voy a clasificar mi estudio\n\t\t\t\t en dos regímenes diferentes de equilibrio térmico y más allá del equilibrio térmico. En ambos\n\t\t\t\t casos, mis colaboradores y yo planteamos cuestiones de interés fundamental y tecnológico.\n\t\t\t\t Entre estas preguntas, señalo lo siguiente: ¿Cuáles son los límites de precisión máximos en\n\t\t\t\t la termometría con sondas individuales? ¿Es posible mejorar estos límites utilizando recursos\n\t\t\t\t cuánticos tales como las correlaciones cuánticas y la criticalidad cuántica?\n\t\t\t\t No sólo encontramos la máxima precisión ligada a la termometría, planteada por las leyes físicas\n\t\t\t\t de la naturaleza, sino también muestramos cómo explotar los recursos cuánticos para superar\n\t\t\t\t los límites clásicos en la precisión, incluso a temperatura finita. Además, identificamos medidas\n\t\t\t\t experimentalmente viables que pueden alcanzar estos límites. Específicamente, nuestros resultados\n\t\t\t\t muestran que en una muestra de muchos cuerpos, las correlaciones cuánticas colectivas\n\t\t\t\t pueden convertirse en observables óptimos para estimar con precisión la temperatura. A su vez,\n\t\t\t\t las correlaciones de spin colectivo se pueden observar con espectroscopia cuántica de Faraday\n\t\t\t\t no destructiva. Por lo tanto, nuestro método ofrece la posibilidad de inferir la máxima informaci\n\t\t\t\t ón sobre la temperatura, dejando la muestra sin perturbar.\n\t\t\t\t Fuera del equilibrio térmico, abordamos sistemas estáticos y dinámicos. En el primer caso,\n\t\t\t\t encontramos limitaciones/oportunidades para la estimación a baja temperatura, y bajo gradiente\n\t\t\t\t de temperatura en una muestra. Particularmente, identificamos que la precisión termom\n\t\t\t\t étrica a baja temperatura puede ser significativamente mejorada mediante el fortalecimiento\n\t\t\t\t del acoplamiento sonda-muestra. Nuestras observaciones pueden encontrar aplicaciones\n\t\t\t\t prácticas en termometría a nanoescala y baja temperatura—un régimen que es particularmente\n\t\t\t\t relevante para tecnologías cuánticas.\n\t\t\t\t Con un punto de vista más aplicado, tales protocolos de no equilibrio dan lugar a bombas de\n\t\t\t\t calor cuánticas autónomas. Por lo tanto, también pensamos en explorar la calidad de tales bombas\n\t\t\t\t de calor con las sondas más pequeñas, es decir, un solo spin. Aunque a primera vista un\n\t\t\t\t spin parece ser una sonda muy pequeña, confirmamos su eficiencia explorando bombas de calor\n\t\t\t\t cuánticas. Nuestras técnicas pueden encontrar aplicaciones en el campo emergente de la ingenier\n\t\t\t\t ía térmica cuántica, ya que facilitan el diagnóstico y la optimización del diseño de ciclos\n\t\t\t\t termodinámicos complejos.\n\t\t\t\t Cuando se trata de sistemas dinámicos, hemos formulado una teoría (fluctuación-disipación) con\n\t\t\t\t la ayuda de la cual se puede identificar la mínima perturbación externa que afecta a un sistema\n\t\t\t\t cuántico. Nuestra propuesta puede ser útil en la detección de la fuerzas cuánticas, como por\n\t\t\t\t ejemplo, la detección interferométrica de ondas gravitatorias.
Authors: Mohammad Mehboudi, Anna Sanpera Trigueros
Language: English
Subfield: Atomic and Molecular Physics, and Optics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W2788739119