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Proposta de teste aprimorado por emaranhamento para violação de simetria de Lorentz local via átomos espinorais

Carimbo de data / hora: 14 de novembro de 2022 8h11

Min Zhuang1, Jiahao Huang2,3e Chaohong Lee1,2,3

1Faculdade de Física e Engenharia Optoeletrônica, Universidade de Shenzhen, Shenzhen 518060, China
2Laboratório Chave Provincial de Guangdong de Metrologia Quântica e Detecção e Escola de Física e Astronomia, Universidade Sun Yat-Sen (Campus de Zhuhai), Zhuhai 519082, China
3State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Sun Yat-Sen University (Campus de Guangzhou), Guangzhou 510275, China

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Sumário

A invariância sob as transformações de Lorentz é fundamental tanto para o modelo padrão quanto para a relatividade geral. Testar a violação da simetria de Lorentz (LSV) por meio de sistemas atômicos atrai grandes interesses tanto na teoria quanto na experiência. Em várias propostas de teste, os efeitos da violação do LSV são descritos como uma interação local e a precisão do teste correspondente pode atingir assintoticamente o limite de Heisenberg por meio do aumento da informação quântica de Fisher (QFI), mas a resolução limitada de observáveis ​​coletivos impede a detecção de QFI grande. Aqui, propomos uma interferometria quântica multimodo de muitos corpos para testar o parâmetro LSV $ kappa $ por meio de um conjunto de átomos espinorais. Ao empregar um estado GHZ multimodo $N$-átomo, a precisão do teste pode atingir o limite de Heisenberg $Delta kappa propto 1/(F^2N)$ com o comprimento de spin $F$ e o número de átomo $N$. Encontramos um observável realista (ou seja, processo de medição prática) para alcançar a precisão máxima e analisar o teste LSV por meio de uma interferometria de três modos experimentalmente acessível com átomos de spin-$1$ condensados ​​de Bose, por exemplo. Ao selecionar estados de entrada adequados e operação de recombinação unitária, o parâmetro LSV $kappa$ pode ser extraído por meio de medição de população realizável. Especialmente, a precisão da medição do parâmetro LSV $kappa$ pode superar o limite quântico padrão e até mesmo aproximar-se do limite de Heisenberg por meio da dinâmica de mistura de spin ou condução através de transições de fase quântica. Além disso, o esquema é robusto contra efeitos não adiabáticos e ruído de detecção. Nosso esquema de teste pode abrir um caminho viável para uma melhoria drástica dos testes LSV com sistemas atômicos e fornecer uma aplicação alternativa de estados emaranhados de múltiplas partículas.

Resumo popular

A invariância sob as transformações de Lorentz é fundamental tanto para o modelo padrão quanto para a relatividade geral. Testar a violação da simetria de Lorentz (LSV) por meio de sistemas atômicos atrai grandes interesses tanto na teoria quanto na experiência. Aqui, propomos uma interferometria quântica multimodo de muitos corpos para testar o parâmetro LSV por meio de um conjunto de átomos espinorais. Ao empregar um estado GHZ multimodo N-átomo, a precisão do teste pode atingir o limite de Heisenberg. Encontramos um observável realista (ou seja, processo de medição prática) para alcançar a precisão máxima e analisar o teste LSV por meio de uma interferometria de três modos experimentalmente acessível com átomos de spin-1 condensados ​​de Bose, por exemplo. Ao selecionar estados de entrada adequados e operação de recombinação unitária, o parâmetro LSV pode ser extraído por meio de medição de população realizável. Especialmente, a precisão da medição do parâmetro LSV pode superar o limite quântico padrão e até mesmo aproximar-se do limite de Heisenberg por meio da dinâmica de mistura de spin ou condução através de transições de fase quântica. Além disso, o esquema é robusto contra efeitos não adiabáticos e ruído de detecção. Nosso esquema de teste pode abrir um caminho viável para uma melhoria drástica dos testes LSV com sistemas atômicos e fornecer uma aplicação alternativa de estados emaranhados de múltiplas partículas.

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