使用高斯态与非高斯态探针的瞬态与平衡量子热力学测量的最优策略

我们研究了使用量子探针进行温度估计的问题，包括单模初始态以及通过有限温度下非线性晶体中的刺激色散下转换生成的双模态。我们探讨了平衡与瞬态两种 regime，比较了高斯态与非高斯态探针在温度估计中的性能。在非平衡 regime 下，我们证明，单模非高斯探针态（如Fock态、奇异猫态和Gottesman-Kitaev-Preskill态）可显著加快估计速度，尤其在短相互作用时间时效果更为显著。在双模情境下，诸如双模 squeezed 真空、NOON态和纠缠猫态等纠缠态可实现对更早时间点的温度信息的获取。在平衡 regime 下，我们分析了使用双模 squeezed 热态进行温度估计的情形，这些策略优于单模方法。我们评估了实际的测量策略，发现能量基准量测得最佳精度，粒子数差基准量测提供接近最佳的精度，而旋角基准量测则次之。精度提升源于squeeze效应，它抑制了粒子数差的波动。