Kohärenzverstärkte Einzel-Qubit-Thermometrie außerhalb des Gleichgewichts

Die metrologischen Grenzen der Thermometrie, die in nichtgleichgewichtigen dynamischen Regimes betrieben wird, werden analysiert. Wir betrachten ein endlichdimensionales Quantensystem, das als Quanten-Thermometer verwendet wird und mit einem Wärmebad in Kontakt steht, das Markovsche Thermalisierungsdynamik induziert. Das Quanten-Thermometer wird in einem allgemeinen quantenmechanischen Zustand initialisiert, der möglicherweise Quantenkohärenz in Bezug auf die Hamiltonian-Basis beinhaltet. Wir beweisen, dass die Empfindlichkeit des Thermometers, quantifiziert durch die Quanten-Fisher-Information, durch die Quantenkohärenz in seinem Anfangszustand verstärkt wird. Wir zeigen dies analytisch im spezifischen Fall von Qubit-Thermometern, bei denen die Maximierung der Quanten-Fisher-Information zu einem endlichen Zeitpunkt während der Transienten der Thermalisierungsdynamik erfolgt. Eine solche Empfindlichkeitsverstärkung über einen endlichen Zeitraum kann besser sein als die Empfindlichkeit, die asymptotisch erreicht wird.