使用多量子比特量子传感器进行磁测量与温度测量中的构型依赖精度

我们研究了由排列成不同几何构型的四个量子比特组成的量子传感器在磁测量与温度测量中的性能。这些量子比特通过横场Ising模型相互作用，包含铁磁和反铁磁耦合，并在外加磁场下与热浴保持热平衡。我们利用量子Fisher信息评估了这些传感器的计量精度。对于铁磁耦合，弱连接图（如链图$P_4$）在估计弱磁场时表现最优，而强连接图（如完全图$K_4$）在强场下表现卓越。相反，在弱场区，$K_4$在温度估计方面实现了最高灵敏度。在反铁磁情形下，我们揭示了由谱简并决定的基本权衡：具有非简并能谱的构型（如平底锅状图，即三个量子比特构成三角形并连接第四个量子比特）由于对扰动的显著响应而表现出强磁场灵敏度。相比之下，具有简并能级（特别是基态简并）的对称结构（如方图）更适合于精确的温度测量。值得注意的是，我们的四量子比特传感器在低温、弱场区达到了峰值精度。最后，我们引入了一种谱灵敏度度量，用于量化小扰动下的能谱形变，为计量灵敏度提供了一个简单的启发式指标。