Dinâmica de emaranhamento de pares de fótons e memórias quânticas no campo gravitacional da Terra

Dinâmica de emaranhamento de pares de fótons e memórias quânticas no campo gravitacional da Terra

Roy Barzel1, Mustafa Gundoğan2,3, Markus Krutzik2,3,4, Dennis Ratzel1,2e Claus Lämmerzahl1,5

1ZARM, Universidade de Bremen, Am Fallturm 2, 28359 Bremen, Alemanha
2Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstraße 15, 12489 Berlim, Alemanha
3IRIS Adlershof, Humboldt-Universität zu Berlin, Zum Großen Windkanal 2, 12489 Berlim, Alemanha
4Ferdinand-Braun-Institut (FBH), Gustav-Kirchoff-Str.4, 12489 Berlim, Alemanha
5Instituto de Física, Universidade Carl von Ossietzky Oldenburg, Ammerländer Heerstr. 114-118, 26129 Oldemburgo, Alemanha

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Sumário

Investigamos o efeito da dinâmica de emaranhamento devido à gravidade – a base de um mecanismo de decoerência universal – para estados fotônicos e memórias quânticas em configurações de interferometria Mach-Zehnder e Hong-Ou-Mandel no campo gravitacional da Terra. Mostramos que há boas chances de testemunhar o efeito com a tecnologia do futuro próximo na interferometria Hong-Ou-Mandel. Isto representaria um teste experimental de modelagem teórica combinando um efeito multipartícula previsto pela teoria quântica da luz e um efeito previsto pela relatividade geral. Nosso artigo representa a primeira análise dos efeitos gravitacionais relativísticos em memórias quânticas baseadas no espaço, que deverão ser um ingrediente importante para redes globais de comunicação quântica.

Tornou-se um dos maiores problemas da física teórica compreender a interação entre nossas teorias mais bem-sucedidas, a mecânica quântica (MQ) e a relatividade geral (RG). A resolução deste problema só pode ser conduzida por experimentos ou observações na interface das duas teorias. Além disso, a corrida no desenvolvimento de tecnologias quânticas baseadas no espaço, onde os recursos quânticos são gerados e investigados localmente ou são trocados ao longo de milhares de quilómetros através do campo gravitacional não homogéneo da Terra, alimenta a necessidade de compreender a influência dos efeitos relativísticos gerais sobre recursos quânticos também do ponto de vista prático.

Um exemplo particular de um efeito fundamental interessante na interface da mecânica quântica e da relatividade geral é a geração de emaranhamento entre a estrutura de energia interna de um sistema quântico e seus graus de liberdade (DOFs) externos (mocionais) devido à dilatação do tempo gravitacional ou desvio para o vermelho. . Essas dinâmicas de emaranhamento (EDs) devido à gravidade foram propostas para serem testemunhadas na interferometria de átomos, com fótons únicos na interferência de Mach-Zehnder (MZ), pares de fótons na interferência de Hong-Ou-Mandel (HOM) e fônons em condensados ​​de Bose-Einstein. Para o caso de sistemas quânticos massivos que estão em estados de superposição de seu grau de liberdade do centro de massa, descobriu-se que os EDs devidos à gravidade induzem decoerência, sublinhando seu significado fundamental.

Neste artigo, é investigado o caso de EDs de fótons e memórias quânticas (QMems) devido à gravidade em configurações de interferometria MZ e HOM. Além disso, o artigo fornece uma proposta experimental e um estudo de viabilidade para testemunhar o efeito em experimentos HOM cujas extensões espaciais necessárias são dramaticamente menores do que aquelas de experimentos propostos que empregam apenas fótons. Tal experimento representaria um teste experimental de modelagem teórica combinando um efeito multipartícula previsto pela teoria quântica da luz e um efeito previsto pela relatividade geral. Do lado aplicado, o artigo representa a primeira análise dos efeitos gravitacionais relativísticos em memórias quânticas baseadas no espaço, que se espera que sejam um ingrediente importante para redes globais de comunicação quântica.

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► Referências

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Citado por

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[2] Roy Barzel e Claus Lämmerzahl, “Papel da indistinguibilidade e emaranhamento na interferência Hong-Ou-Mandel e efeitos de largura de banda finita de fótons emaranhados em frequência”, Revisão Física A 107 3, 032205 (2023).

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