存在集体耗散环境时用于温度估计的单量子比特探针

我们研究了在存在集体耗散环境时单量子比特探针在温度估计中的性能。我们考虑一个双量子比特系统，每个量子比特在局部耗散到其自身环境的同时，耦合到一个公共环境。在此设置下，我们研究了公共环境和局部环境温度估计的不同场景。首先，我们探讨了单量子比特探针估计公共环境温度的精度如何通过共享环境本身产生的集体效应得到提升，特别是当第二个量子比特与探针共振时。有趣的是，我们发现每个量子比特上局部环境的存在可能会危及该精度，或者如果这些环境足够冷，则可以提升该精度。接下来，我们展示了一种远程温度传感方案，其中一个量子比特作为探针，通过利用两个量子比特之间经由公共环境的间接相互作用，来估计影响另一个量子比特的局部环境的温度。该方法无需将探针直接耦合到目标量子比特或其局部环境即可实现远程温度传感，从而最大限度地减少潜在的干扰和实际挑战。值得注意的是，我们证明了由公共环境诱导的集体 Lamb 移频在通过产生量子比特-量子比特相关性来实现远程温度传感方面起着至关重要的作用，即使在量子比特非相互作用的情况下也是如此。