Quantum metrology and thermometry in open systems
En mi tesis exploro la metrología cuántica en sistemas abiertos, con especial enfoque en la estimaci ón de temperatura cuántica o termometría. Para este objetivo, voy a clasificar mi estudio en dos regímenes diferentes de equilibrio térmico y más allá del equilibrio térmico. En ambos casos, mis cola...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2017 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/405328 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/405328 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Metrologia Metrología Metrology Termometria Termometría Thermometry Sistemes quàntics oberts Sistemas cuánticos abiertos Open quantum systems Ciències Experimentals 53 |
| Sumario: | En mi tesis exploro la metrología cuántica en sistemas abiertos, con especial enfoque en la estimaci ón de temperatura cuántica o termometría. Para este objetivo, voy a clasificar mi estudio en dos regímenes diferentes de equilibrio térmico y más allá del equilibrio térmico. En ambos casos, mis colaboradores y yo planteamos cuestiones de interés fundamental y tecnológico. Entre estas preguntas, señalo lo siguiente: ¿Cuáles son los límites de precisión máximos en la termometría con sondas individuales? ¿Es posible mejorar estos límites utilizando recursos cuánticos tales como las correlaciones cuánticas y la criticalidad cuántica? No sólo encontramos la máxima precisión ligada a la termometría, planteada por las leyes físicas de la naturaleza, sino también muestramos cómo explotar los recursos cuánticos para superar los límites clásicos en la precisión, incluso a temperatura finita. Además, identificamos medidas experimentalmente viables que pueden alcanzar estos límites. Específicamente, nuestros resultados muestran que en una muestra de muchos cuerpos, las correlaciones cuánticas colectivas pueden convertirse en observables óptimos para estimar con precisión la temperatura. A su vez, las correlaciones de spin colectivo se pueden observar con espectroscopia cuántica de Faraday no destructiva. Por lo tanto, nuestro método ofrece la posibilidad de inferir la máxima informaci ón sobre la temperatura, dejando la muestra sin perturbar. Fuera del equilibrio térmico, abordamos sistemas estáticos y dinámicos. En el primer caso, encontramos limitaciones/oportunidades para la estimación a baja temperatura, y bajo gradiente de temperatura en una muestra. Particularmente, identificamos que la precisión termom étrica a baja temperatura puede ser significativamente mejorada mediante el fortalecimiento del acoplamiento sonda-muestra. Nuestras observaciones pueden encontrar aplicaciones prácticas en termometría a nanoescala y baja temperatura—un régimen que es particularmente relevante para tecnologías cuánticas. Con un punto de vista más aplicado, tales protocolos de no equilibrio dan lugar a bombas de calor cuánticas autónomas. Por lo tanto, también pensamos en explorar la calidad de tales bombas de calor con las sondas más pequeñas, es decir, un solo spin. Aunque a primera vista un spin parece ser una sonda muy pequeña, confirmamos su eficiencia explorando bombas de calor cuánticas. Nuestras técnicas pueden encontrar aplicaciones en el campo emergente de la ingenier ía térmica cuántica, ya que facilitan el diagnóstico y la optimización del diseño de ciclos termodinámicos complejos. Cuando se trata de sistemas dinámicos, hemos formulado una teoría (fluctuación-disipación) con la ayuda de la cual se puede identificar la mínima perturbación externa que afecta a un sistema cuántico. Nuestra propuesta puede ser útil en la detección de la fuerzas cuánticas, como por ejemplo, la detección interferométrica de ondas gravitatorias. |
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