Dynamique d'intrication de paires de photons et mémoires quantiques dans le champ gravitationnel de la Terre

Dynamique d'intrication de paires de photons et mémoires quantiques dans le champ gravitationnel de la Terre

Horodatage: 29 février 2024 10:38

Roy Barzel1, Mustafa Gündoğan2,3, Markus Krutzik2,3,4, Dennis Rätzel1,2et Claus Lämmerzahl1,5

1ZARM, Université de Brême, Am Fallturm 2, 28359 Brême, Allemagne
2Institut de physique, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstraße 15, 12489 Berlin, Allemagne
3IRIS Adlershof, Humboldt-Universität zu Berlin, Zum Großen Windkanal 2, 12489 Berlin, Allemagne
4Ferdinand-Braun-Institut (FBH), Gustav-Kirchoff-Str.4, 12489 Berlin, Allemagne
5Institut de physique, Université Carl von Ossietzky d'Oldenbourg, Ammerländer Heerstr. 114-118, 26129 Oldenbourg, Allemagne

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Abstract

Nous étudions l'effet de la dynamique d'intrication due à la gravité – la base d'un mécanisme de décohérence universelle – pour les états photoniques et les mémoires quantiques dans les configurations d'interférométrie de Mach-Zehnder et Hong-Ou-Mandel dans le champ gravitationnel de la Terre. Nous montrons qu’il y a de bonnes chances d’être témoin de l’effet d’une technologie d’interférométrie de Hong-Ou-Mandel dans un avenir proche. Cela représenterait un test expérimental de modélisation théorique combinant un effet multiparticule prédit par la théorie quantique de la lumière et un effet prédit par la relativité générale. Notre article représente la première analyse des effets gravitationnels relativistes sur les mémoires quantiques spatiales, qui devraient constituer un ingrédient important des réseaux de communication quantiques mondiaux.

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Image présentée : Interférométrie de Hong-Ou-Mandel avec mémoires quantiques dans le champ gravitationnel de la Terre.

Résumé populaire

Comprendre l'interaction entre nos théories les plus réussies, la mécanique quantique (QM) et la relativité générale (GR), est devenu l'un des problèmes majeurs de la physique théorique. La résolution de ce problème ne peut être pilotée que par des expériences ou des observations à l’interface des deux théories. En outre, la course au développement de technologies quantiques spatiales, où les ressources quantiques sont générées et sondées localement ou sont échangées sur des milliers de kilomètres à travers le champ gravitationnel inhomogène de la Terre, alimente le besoin de comprendre l'influence des effets relativistes généraux sur ressources quantiques également d’un point de vue pratique.

Un exemple particulier d'un effet fondamental intéressant à l'interface de la mécanique quantique et de la relativité générale est la génération d'intrication entre la structure énergétique interne d'un système quantique et ses degrés de liberté (DOF) externes en raison de la dilatation temporelle gravitationnelle ou du redshift. . Il a été proposé d'observer ces dynamiques d'intrication (ED) dues à la gravité dans l'interférométrie atomique, avec des photons uniques dans l'interférence Mach-Zehnder (MZ), des paires de photons dans l'interférence Hong-Ou-Mandel (HOM) et des phonons dans les condensats de Bose-Einstein. Dans le cas de systèmes quantiques massifs qui sont dans des états de superposition du degré de liberté de leur centre de masse, il a été constaté que les DE dues à la gravité induisaient une décohérence, soulignant leur importance fondamentale.

Dans cet article, le cas des DE de photons et de mémoires quantiques (QMems) dues à la gravité dans les configurations d'interférométrie MZ et HOM est étudié. En outre, l'article fournit une proposition expérimentale et une étude de faisabilité pour constater l'effet dans les expériences HOM dont les extensions spatiales nécessaires sont considérablement plus petites que celles des expériences proposées qui utilisent uniquement des photons. Une telle expérience représenterait un test expérimental de modélisation théorique combinant un effet multiparticule prédit par la théorie quantique de la lumière et un effet prédit par la relativité générale. Du côté appliqué, l’article représente la première analyse des effets gravitationnels relativistes sur les mémoires quantiques spatiales, qui devraient constituer un ingrédient important des réseaux de communication quantiques mondiaux.

► Données BibTeX

► Références

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Cité par

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