Kontinuerlig-variabel entanglement through Central Forces: Application to Gravity between Quantum Masses

Kontinuerlig-variabel entanglement through Central Forces: Application to Gravity between Quantum Masses

Tidsstempel: 15. mai 2023 9:33

Ankit Kumar1, Tanjung Krisnanda2,3, Paramasivan Arumugam1,4og Tomasz Paterek5,6

1Institutt for fysikk, Indian Institute of Technology Roorkee, Roorkee 247667, India
2School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University, Singapore 637371, Singapore
3Center for Quantum Technologies, National University of Singapore, Singapore 117543, Singapore
4Center for Photonics and Quantum Communication Technology, Indian Institute of Technology Roorkee, Roorkee 247667, India
5Institutt for teoretisk fysikk og astrofysikk, Universitetet i Gdańsk, 80-308 Gdańsk, Polen
6School of Mathematics and Physics, Xiamen University Malaysia, 43900 Sepang, Malaysia

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi beskriver en komplett metode for en nøyaktig studie av gravitasjonsinteraksjon mellom to nærliggende kvantemasser. Siden forskyvningene til disse massene er mye mindre enn den første separasjonen mellom sentrene deres, er forskyvnings-til-separasjonsforholdet en naturlig parameter der gravitasjonspotensialet kan utvides. Vi viser at sammenfiltring i slike eksperimenter er følsom for initial relativ momentum bare når systemet utvikler seg til ikke-Gaussiske tilstander, dvs. når potensialet utvides i det minste opp til kubikkleddet. En sentral rolle for kraftgradient som den dominerende bidragsyteren til posisjon-momentum-korrelasjoner er demonstrert. Vi etablerer et lukket uttrykk for sammenfiltringsgevinsten, som viser at bidraget fra kubikkleddet er proporsjonalt med momentum og fra kvartleddet er proporsjonalt med momentum i andre. Fra et kvanteinformasjonsperspektiv finner resultatene anvendelser som et momentum vitne om ikke-Gaussisk sammenfiltring. Våre metoder er allsidige og gjelder for et hvilket som helst antall sentrale interaksjoner utvidet til enhver ordre.

Kontinuerlig-variabel entanglement through Central Forces: Application to Gravity between Quantum Masses PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Populært sammendrag

Observasjonen av sammenfiltring mellom to massive objekter er et av de mest enkle scenariene der tyngdekraftens kvanteegenskaper kan avsløres. Opprinnelsen til sammenfiltring er avbildet i figuren over, der gaussiske bølgefunksjoner beskriver partiklene. Siden tyngdekraften avtar med avstanden, tiltrekkes delene av de to bølgefunksjonene nærmere hverandre mer enn delene lenger fra hverandre. Et øyeblikk senere utvikles høyere momentum i posisjoner der partiklene er nærmere, og disse posisjon-momentum-korrelasjonene gir opphav til sammenfiltring. På dette grunnlaget forventes det at kraftgradienten spiller en dominerende rolle i sammenfiltringsdynamikken. Vi viser dette eksplisitt ved å utvikle metoder for systematisk å behandle termer i vilkårlig rekkefølge i den tradisjonelle utvidelsen av gravitasjonspotensialet. Blant andre viser de i tillegg at sammenfiltringen er ufølsom for den relative bevegelsen under den typiske andreordens tilnærmingen, mens den er proporsjonal med potenser av relativ momentum for termer av høyere orden. Enhver ordre kan behandles av våre metoder, og de fungerer for et hvilket som helst antall sentrale interaksjoner.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] RV Pound og GA Rebka. "Tilsynelatende vekt av fotoner". Physical Review Letters 4, 337 (1960).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.4.337

[2] JC Hafele og RE Keating. "Atomklokker rundt om i verden: Observerte relativistiske tidsgevinster". Science 177, 168 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.177.4044.168

[3] R. Colella, AW Overhauser og SA Werner. "Observasjon av gravitasjonsindusert kvanteinterferens". Physical Review Letters 34, 1472 (1975).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.34.1472

[4] A. Peters, KY Chung og S. Chu. "Måling av gravitasjonsakselerasjon ved å slippe atomer". Nature 400, 849 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 23655

[5] VV Nesvizhevsky, HG Börner, AK Petukhov, H. Abele, S. Baeßler, FJ Rueß, T. Stöferle, A. Westphal, AM Gagarski, GA Petrov og AV Strelkov. "Kvantetilstander for nøytroner i jordens gravitasjonsfelt". Nature 415, 297 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415297a

[6] P. Asenbaum, C. Overstreet, T. Kovachy, DD Brown, JM Hogan og MA Kasevich. "Faseskift i et atominterferometer på grunn av romtidskrumning over bølgefunksjonen". Physical Review Letters 118, 183602 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.183602

[7] S. Bose, A. Mazumdar, GW Morley, H. Ulbricht, M. Toroš, M. Paternostro, AA Geraci, PF Barker, MS Kim og G. Milburn. "Spinnforviklingsvitne for kvantetyngdekraft". Physical Review Letters 119, 240401 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240401

[8] C. Marletto og V. Vedral. "Gravitasjonsindusert sammenfiltring mellom to massive partikler er tilstrekkelig bevis på kvanteeffekter i tyngdekraften". Physical Review Letters 119, 240402 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.240402

[9] A. Al Balushi, W. Cong og RB Mann. "Optomekanisk kvante Cavendish-eksperiment". Physical Review A 98, 043811 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.043811

[10] T. Krisnanda, M. Zuppardo, M. Paternostro og T. Paterek. "Avsløre ikke-klassisalitet av utilgjengelige objekter". Physical Review Letters 119, 120402 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.120402

[11] T. Krisnanda, GY Tham, M. Paternostro og T. Paterek. "Observerbar kvantesammenfiltring på grunn av tyngdekraften". npj Quantum Information 6, 12 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-020-0243-y

[12] S. Qvarfort, S. Bose og A. Serafini. "Mesoskopisk sammenfiltring gjennom sentral-potensielle interaksjoner". Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 53, 235501 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1361-6455 / abbe8d

[13] S. Rijavec, M. Carlesso, A. Bassi, V. Vedral og C. Marletto. "Dekoherenseffekter i ikke-klassiske tester av gravitasjon". New Journal of Physics 23, 043040 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​abf3eb

[14] K. Kustura, C. Gonzalez-Ballestero, Andrés de los Ríos Sommer, N. Meyer, R. Quidant og O. Romero-Isart. "Mekanisk klemning via ustabil dynamikk i et mikrohulrom". Physical Review Letters 128, 143601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.143601

[15] TW van de Kamp, RJ Marshman, S. Bose og A. Mazumdar. "Vitne om kvantetyngdekraft via sammenfiltring av masser: Casimir-screening". Physical Review A 102, 062807 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.062807

[16] RJ Marshman, A. Mazumdar, R. Folman og S. Bose. "Konstruere nano-objekt kvantesuperposisjoner med et Stern-Gerlach interferometer". Physical Review Research 4, 023087 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.023087

[17] M. Aspelmeyer, TJ Kippenberg og F. Marquardt. "Kavitets optomekanikk". Reviews of Modern Physics 86, 1391 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391

[18] B. Abbott et al. "Observasjon av en oscillator i kilogramskala nær dens kvantegrunntilstand". New Journal of Physics 11, 073032 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​7/​073032

[19] C. Whittle et al. "Nærmer seg bevegelsesgrunntilstanden til en 10 kg gjenstand". Science 372, 1333 (2021).
https://​doi.org/​10.1126/​science.abh2634

[20] J. Chan, TPM Alegre, AH Safavi-Naeini, JT Hill, A. Krause, S. Gröblacher, M. Aspelmeyer og O. Painter. "Laserkjøling av en nanomekanisk oscillator til sin kvantegrunntilstand". Nature 478, 89 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10461

[21] TA Palomaki, JD Teufel, RW Simmonds og KW Lehnert. "Flotte mekanisk bevegelse med mikrobølgefelt". Science 342, 710 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1244563

[22] N. Fiaschi, B. Hensen, A. Wallucks, R. Benevides, J. Li, TPM Alegre og S. Gröblacher. "Optomekanisk kvanteteleportering". Nature Photonics 15, 817 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41566-021-00866-z

[23] R. Riedinger, A. Wallucks, Igor Marinković, C. Löschnauer, M. Aspelmeyer, S. Hong og S. Gröblacher. "Fjern kvantesammenfiltring mellom to mikromekaniske oscillatorer". Nature 556, 473 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-018-0036-z

[24] A. Datta og H. Miao. "Signaturer av tyngdekraftens kvantenatur i differensiell bevegelse av to masser". Quantum Science and Technology 6, 045014 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac1adf

[25] JS Pedernales, K. Streltsov og MB Plenio. "Forbedring av gravitasjonsinteraksjon mellom kvantesystemer av en massiv formidler". Physical Review Letters 128, 110401 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.110401

[26] F. Roccati, B. Militello, E. Fiordilino, R. Iaria, L. Burderi, T. Di Salvo og F. Ciccarello. "Kvantekorrelasjoner utover sammenfiltring i en klassisk kanalmodell av gravitasjon". Scientific Reports 12, 17641 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-022-22212-1

[27] G. Vidal og RF Werner. "Beregnerbart mål for sammenfiltring". Physical Review A 65, 032314 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032314

[28] G. Adesso, A. Serafini og F. Illuminati. "Ekstrem sammenfiltring og blanding i kontinuerlige variable systemer". Physical Review A 70, 022318 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.022318

[29] G. Adesso og F. Illuminati. "Gaussiske mål for sammenfiltring versus negativiteter: Bestilling av to-modus gaussiske tilstander". Physical Review A 72, 032334 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.72.032334

[30] BM Garraway. "Utvidet gaussisk bølgepakkedynamikk". Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 33, 4447 (2000).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-4075/​33/​20/​318

[31] C. Weedbrook, S. Pirandola, R. García-Patrón, NJ Cerf, TC Ralph, JH Shapiro og S. Lloyd. "Gaussisk kvanteinformasjon". Reviews of Modern Physics 84, 621 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[32] MA Schlosshauer. "Dekoherens og den kvante-til-klassiske overgangen". Springer-Verlag, Tyskland. (2007). 1. utgave.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-35775-9

[33] WH Press, SA Teukolsky, HA Bethe, WT Vetterling og BP Flannery. "Numeriske oppskrifter". Cambridge University Press, USA. (2007). 3. utgave.

[34] A. Kumar. "En nøyaktig pentadiagonal matriseløsning for den tidsavhengige Schrödinger-ligningen". Zenodo/​7275668 (2022).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.7275668

[35] A. Kumar og P. Arumugam. "En nøyaktig pentadiagonal matriseløsning for den tidsavhengige Schrödinger-ligningen". arXiv:2205.13467 (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2205.13467
arxiv: 2205.13467

[36] A. Kumar, T. Krisnanda, P. Arumugam og T. Paterek. "Ikke-klassiske baner i frontkollisjoner". Quantum 5, 506 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-19-506

[37] H. Miao, D. Martynov, H. Yang og A. Datta. "Kvantekorrelasjoner av lys mediert av tyngdekraften". Physical Review A 101, 063804 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.063804

[38] S. Bose, A. Mazumdar, M. Schut og M. Toroš. "Mekanisme for kvantenaturlige gravitoner for å vikle inn masser". Physical Review D 105, 106028 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.105.106028

[39] RJ Marshman, A. Mazumdar og S. Bose. "Lokalitet og sammenfiltring i testing på bordet av kvantenaturen til linearisert tyngdekraft". Physical Review A 101, 052110 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.052110

[40] SM Blinder. "Evolusjon av en Gaussisk bølgepakke". American Journal of Physics 36, 525 (1968).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1974961

[41] T. Krisnanda, T. Paterek, M. Paternostro og Timothy CH Liew. "Quantum neuromorphic tilnærming til effektiv sensing av gravitasjonsindusert sammenfiltring". Physical Review D 107, 086014 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.107.086014

[42] T. Emig, N. Graham, RL Jaffe og M. Kardar. "Casimir-krefter mellom vilkårlige kompakte objekter". Physical Review Letters 99, 170403 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.170403

[43] A. Serafini, F. Illuminati og SD Siena. "Symplektiske invarianter, entropiske mål og korrelasjoner av gaussiske stater". Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 37, L21 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-4075/​37/​2/​l02

[44] R. Simon. "Peres-Horodecki separerbarhetskriterium for kontinuerlige variable systemer". Physical Review Letters 84, 2726 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.84.2726

[45] A. Ekert og PL Knight. "Entangled quantum systems and the Schmidt-dekomponering". American Journal of Physics 63, 415 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.17904

[46] Ho Kwan Yuet. "Kvantesammenfiltring i kontinuerlig system". PhD-avhandling. Det kinesiske universitetet i Hong Kong, Kina. (2004).
https://​/​doi.org/​10.13140/​RG.2.2.24338.45764

[47] C. Roberts, A. Milsted, M. Ganahl, A. Zalcman, B. Fontaine, Y. Zou, J. Hidary, G. Vidal og S. Leichenauer. "TensorNetwork: Et bibliotek for fysikk og maskinlæring". arXiv:1905.01330 (2019).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1905.01330
arxiv: 1905.01330

[48] Google. "GitHub/​google/​TensorNetwork".
https://​/​github.com/​google/​TensorNetwork

[49] Kwan-Yuet "Stephen" Ho. "GitHub/​stephenhky/​pyqentangle".
https://​/​github.com/​stephenhky/​pyqentangle

Sitert av

Kunne ikke hente Crossref sitert av data under siste forsøk 2023-05-15 13:35:56: Kunne ikke hente siterte data for 10.22331 / q-2023-05-15-1008 fra Crossref. Dette er normalt hvis DOI nylig ble registrert. På SAO / NASA ADS ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2023-05-15 13:35:57).

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal