論文の概要: On-chip black hole: Hawking radiation and curved spacetime in a
superconducting quantum circuit with tunable couplers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.11092v2
- Date: Sun, 10 Jul 2022 13:22:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-07 04:30:24.903066
- Title: On-chip black hole: Hawking radiation and curved spacetime in a
superconducting quantum circuit with tunable couplers
- Title（参考訳）: オンチップブラックホール:可変カプラを持つ超伝導量子回路におけるホーキング放射と曲線時空
- Authors: Yun-Hao Shi, Run-Qiu Yang, Zhongcheng Xiang, Zi-Yong Ge, Hao Li,
Yong-Yi Wang, Kaixuan Huang, Ye Tian, Xiaohui Song, Dongning Zheng, Kai Xu,
Rong-Gen Cai and Heng Fan
- Abstract要約: ホーキング放射はブラックホールの量子的特徴の1つであり、ブラックホールの事象の地平線を横切る量子トンネルとして理解することができる。
10個の超伝導トランスモン量子ビットの鎖を持つ新しいチップを用いて,アナログブラックホールを実験的に実現した。
カプラをチューニングすることで量子ビット間の結合を効率的に設計する手法を開発することにより、平坦な時空背景と湾曲した時空背景の両方を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.605453401936643
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Hawking radiation is one of quantum features of a black hole, which can be
understood as a quantum tunneling across the event horizon of the black hole,
but it is quite difficult to directly observe the Hawking radiation of an
astrophysical black hole. Remarkable experiments of analogue black holes on
various platforms have been performed. However, Hawking radiation and its
quantum nature such as entanglement have not been well tested due to the
experimental challenges in accurately constructing curved spacetime and
precisely measuring the thermal spectrum. Based on the recent architecture
breakthrough of tunable couplers for superconducting processor, we realize
experimentally an analogue black hole using our new developed chip with a chain
of 10 superconducting transmon qubits with interactions mediated by 9
transmon-type tunable couplers. By developing efficient techniques to engineer
the couplings between qubits via tuning couplers, we realize both the flat and
curved spacetime backgrounds. The quantum walks of quasi-particle in the curved
spacetime reflect the gravitational effect around the black hole, resulting in
the behavior of Hawking radiation. By virtue of the state tomography
measurement of all 7 qubits outside the analogue event horizon, we show that
Hawking radiation can be verified. In addition, an entangled pair is prepared
inside the horizon and the dynamics of entanglement in the curved spacetime is
directly measured. Our results would stimulate more interests to explore
information paradox, entropy and other related features of black holes using
programmable superconducting processor with tunable couplers.
- Abstract（参考訳）: ホーキング放射はブラックホールの量子的特徴の一つであり、ブラックホールの事象の地平線を横切る量子トンネルとして理解することができるが、天体物理学的なブラックホールのホーキング放射を直接観測することは極めて困難である。
様々なプラットフォーム上のアナログブラックホールの顕著な実験が行われている。
しかし、曲がった時空を正確に構築し、熱スペクトルを正確に測定する実験的な課題のため、ホーキング放射とその絡み合いのような量子的性質は十分に検証されていない。
超伝導プロセッサ用チューナブルカップラの最近のアーキテクチャのブレークスルーに基づき,9個のトランスモン型チューナブルカップラを介する相互作用を持つ10個の超伝導トランスモンキュービットのチェーンを持つ新しいチップを用いて,アナログブラックホールを実験的に実現した。
量子ビット間の結合をチューニングカプラで効率的に設計する手法を考案することで,平坦な時空背景と湾曲した時空背景の両方を実現する。
曲った時空における準粒子の量子ウォークはブラックホールの周りの重力効果を反映し、ホーキング放射の挙動をもたらす。
アナログ事象地平線外における7量子ビットの状態トモグラフィー測定により,ホーキング放射を検証できることを示した。
また、地平線内部に絡み合い対を作成し、湾曲した時空における絡み合いのダイナミクスを直接測定する。
我々の研究結果は、チューナブルカプラを用いたプログラム可能な超伝導プロセッサを用いて、ブラックホールのパラドックス、エントロピー、その他の関連する特徴を探求することに興味を喚起するであろう。
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