Tradeoffs in quantum thermometry: Consistent quantum thermodynamic frameworks

量子测温的权衡:一致的量子热力学框架

基本信息

  • 批准号:
    580756-2022
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The science of thermometry seems trivial; it was formulated in the 19th century as the zeroth law of thermodynamics. In classical macroscopic thermometry, a probe is brought into contact with a sample. By measuring a certain quantity of the probe, the temperature of the sample can be inferred. However, this intuitive protocol breaks down once quantum principles play a role, which is the situation for nanoscale probes and at low temperatures. This is because for small and quantum systems, thermalization does not necessarily take place, or it is happening yet on very long timescales. Moreover, temperature is not a quantum observable, and one needs to ponder on how to infer it under quantum evolution and when performing quantum measurements. Quantum effects can be orchestrated to enhance the precision and sensitivity of thermometry, for example by simultaneously operating and correlating multiple quantum probes. The objective of this proposal is to build on principles of quantum mechanics and devise nanoscale thermometers that are accurate, sensitive over a broad range of temperatures, fast, and operative at low cost. First, since quantum probes are small, their interaction with the sample alter them, for example, by changing their energetic, thus obstructing temperature estimation. We will asses the role of probe-sample interactions in thermometry, and correct for it. Second, temporal quantum coherences can be generated in a thermometer by the sample. We will utilize these coherences, which can be long-lived, to devise enhanced thermometry protocols that do not rely on the zero law of thermodynamics. Finally, we will optimize quantum thermometers against different measures by deriving tradeoff relations between their accuracy, sensitivity, cost, and duration. The work will contribute to the development of miniaturized temperature sensors and precise thermal conductance measurements. Application are e.g., for in situ imaging and sensing of biological systems and other dynamic environments, development and characterization of heat dissipation in electronic and thermoelectric devices, advancement of quantum computing hardware, and design of quantum heat machines, engines and refrigerators.
温度测量学看起来微不足道,它在世纪被表述为热力学第零定律。在经典的宏观测温法中,探针与样品接触。通过测量一定量的探针,可以推断出样品的温度。然而,一旦量子原理发挥作用,这种直观的协议就会崩溃,这是纳米探针和低温下的情况。这是因为对于小型和量子系统,热化不一定会发生,或者它在很长的时间尺度上发生。此外,温度不是量子可观测的,人们需要思考如何在量子演化和进行量子测量时推断它。量子效应可以被编排以提高温度测量的精度和灵敏度,例如通过同时操作和关联多个量子探针。该提案的目标是建立在量子力学原理的基础上,设计出精确、在广泛的温度范围内灵敏、快速、低成本的纳米级温度计。首先,由于量子探针很小,它们与样品的相互作用会改变它们,例如,通过改变它们的能量,从而阻碍温度估计。我们将评估探针-样品相互作用在温度测量中的作用,并对其进行修正。第二,时间量子相干可以在温度计中由样品产生。我们将利用这些可以长期存在的凝聚力来设计不依赖于热力学零定律的增强型测温协议。最后,我们将通过推导其准确性,灵敏度,成本和持续时间之间的权衡关系来优化量子温度计。这项工作将有助于小型化温度传感器和精确的热导测量的发展。应用例如,用于生物系统和其他动态环境的原位成像和传感,电子和热电设备中散热的开发和表征,量子计算硬件的进步以及量子热机,发动机和冰箱的设计。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Segal, DviraD其他文献

Segal, DviraD的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

Research on Quantum Field Theory without a Lagrangian Description
  • 批准号:
    24ZR1403900
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Simulation and certification of the ground state of many-body systems on quantum simulators
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
Mapping Quantum Chromodynamics by Nuclear Collisions at High and Moderate Energies
  • 批准号:
    11875153
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高温气化过程中煤灰矿物质演变规律的量子化学计算与实验研究
  • 批准号:
    50906055
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
广义Besov函数类上的几个逼近特征
  • 批准号:
    10926056
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
基于量子点多色荧光细胞标志谱型的CTC鉴别与肿瘤个体化诊治的研究
  • 批准号:
    30772507
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
驻波场驱动的量子相干效应的研究
  • 批准号:
    10774058
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
量子计算电路的设计和综合
  • 批准号:
    60676020
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    31.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
半导体物理中的非线性偏微分方程组
  • 批准号:
    10541001
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    4.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
量子点技术对细胞表面蛋白和受体在体内分布的研究
  • 批准号:
    30570686
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Quantum magnomechanical thermometry
量子磁力机械测温
  • 批准号:
    568609-2021
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Alliance Grants
Quantum thermometry at ultracold temperatures (Ref: 4342-6)
超冷温度下的量子测温(参考:4342-6)
  • 批准号:
    2696829
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Studentship
Quantum magnomechanical thermometry
量子磁力机械测温
  • 批准号:
    568609-2021
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Alliance Grants
Johnson noise thermometry in nanoscale quantum systems
纳米级量子系统中的约翰逊噪声测温
  • 批准号:
    553045-2020
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    University Undergraduate Student Research Awards
Precise Measurement of Themodynamic Temperature Based on Johnson Noise Thermometry Using Integrated Quantum Voltage Noise Source
使用集成量子电压噪声源基于约翰逊噪声测温法精确测量热力学温度
  • 批准号:
    17K05113
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Market study: nanoscale thermometry based on giant quantum dots
市场研究:基于巨型量子点的纳米级测温
  • 批准号:
    508634-2017
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Idea to Innovation
Application of quantum cascade laser-infrared absorption spectroscopy for methane clumped isotope thermometry using doubly isotope substituted methane (13CH3D)
量子级联激光红外吸收光谱在使用双同位素取代甲烷 (13CH3D) 的甲烷团簇同位素测温中的应用
  • 批准号:
    1250394
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NMR Monitoring of Temperature and Its Biological Effects
温度及其生物效应的核磁共振监测
  • 批准号:
    7459620
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
NMR Monitoring of Temperature and Its Biological Effects
温度及其生物效应的核磁共振监测
  • 批准号:
    7257009
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
Light microscopy for nanoscale quantum thermometry
用于纳米级量子测温的光学显微镜
  • 批准号:
    491245864
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Major Instrumentation Initiatives
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了