論文の概要: Quantum information with top quarks in QCD
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.05582v2
- Date: Tue, 20 Sep 2022 18:00:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-22 11:50:22.139373
- Title: Quantum information with top quarks in QCD
- Title（参考訳）: QCDにおけるトップクォークを用いた量子情報
- Authors: Yoav Afik and Juan Ram\'on Mu\~noz de Nova
- Abstract要約: 本稿では,高エネルギーコライダーにおける量子色力学(QCD)により生成されるトップアンチトップ(tbart$)クォーク対の量子状態の一般的な枠組みについて述べる。
我々は,$tbart$ペアの現実的なハドロン生成は,これらの基本的なQCDプロセスの統計的混合であることを示した。
エンタングルメントおよびCHSH違反シグネチャを実験的に観察する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Top quarks represent unique high-energy systems since their spin correlations
can be measured, thus allowing to study fundamental aspects of quantum
mechanics with qubits at high-energy colliders. We present here the general
framework of the quantum state of a top-antitop ($t\bar{t}$) quark pair
produced through quantum chromodynamics (QCD) in a high-energy collider. We
argue that, in general, the total quantum state that can be probed in a
collider is given in terms of the production spin density matrix, which
necessarily gives rise to a mixed state. We compute the quantum state of a
$t\bar{t}$ pair produced from the most elementary QCD processes, finding the
presence of entanglement and CHSH violation in different regions of phase
space. We show that any realistic hadronic production of a $t\bar{t}$ pair is a
statistical mixture of these elementary QCD processes. We focus on the
experimentally relevant cases of proton-proton and proton-antiproton
collisions, performed at the LHC and the Tevatron, analyzing the dependence of
the quantum state with the energy of the collisions. We provide experimental
observables for entanglement and CHSH-violation signatures. At the LHC, these
signatures are given by the measurement of a single observable, which in the
case of entanglement represents the violation of a Cauchy-Schwarz inequality.
We extend the validity of the quantum tomography protocol for the $t\bar{t}$
pair proposed in the literature to more general quantum states, and for any
production mechanism. Finally, we argue that a CHSH violation measured in a
collider is only a weak form of violation of Bell's theorem, necessarily
containing a number of loopholes.
- Abstract（参考訳）: トップクォークはスピン相関を測定できるため、高エネルギー衝突器で量子力学の基本的な側面を研究することができるため、ユニークな高エネルギー系を表す。
ここでは、高エネルギーコライダーにおける量子色力学(QCD)によって生成されるトップアンチトップ(t\bar{t}$)クォーク対の量子状態の一般的な枠組みを示す。
一般に、衝突型加速器で観測できる全量子状態は、生成スピン密度行列によって与えられるが、これは必ずしも混合状態をもたらす。
我々は、最も基本的なQCDプロセスから生成される$t\bar{t}$ペアの量子状態を計算し、位相空間の異なる領域における絡み合いとCHSH違反の存在を発見する。
t\bar{t}$ 対の現実的なハドロン生成は、これらの基本的な qcd 過程の統計的混合である。
我々は、lhcとテバトロンで実施した陽子-陽子-反陽子衝突と陽子-反陽子衝突の実験的関連事例に注目し、衝突のエネルギーと量子状態の依存性を分析した。
エンタングルメントおよびCHSH違反シグネチャを実験的に観察する。
lhcでは、これらのシグネチャは単一のオブザーバブルの測定によって与えられるが、エンタングルメントの場合はコーシー=シュワルツの不等式に違反する。
我々は、文献で提案された$t\bar{t}$ペアの量子トモグラフィープロトコルの有効性を、より一般的な量子状態、および任意の生産機構に拡張する。
最後に、衝突器で測定されたchsh違反はベルの定理を破る弱い形式であり、必然的に多くの抜け穴を含んでいると論じる。
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