論文の概要: Gravitational Optomechanics: Photon-Matter Entanglement via Graviton Exchange

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.09273v4
• Date: Fri, 8 Sep 2023 16:06:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-11 18:46:37.495759
• Title: Gravitational Optomechanics: Photon-Matter Entanglement via Graviton Exchange
• Title（参考訳）: 重力光学:グラビトン交換による光子-マター絡み合い
• Authors: Dripto Biswas, Sougato Bose, Anupam Mazumdar, Marko Toro\v{s}
• Abstract要約: この論文は、光曲げを引き起こす相互作用は、重力や物質が量子力学と同等に扱われる限り、光子と物質の絡み合いも引き起こすことを示す。 量子光-曲げ相互作用はスピン-2とスピン-0グラビトンを識別することができ、短距離および量子レベルでの重力の代替理論のテストを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The deflection of light in the gravitational field of the Sun is one of the most fundamental consequences for general relativity as well as one of its classical tests first performed by Eddington a century ago. However, despite its center stage role in modern physics, no experiment has tested it in an ostensibly quantum regime where both matter and light exhibit non-classical features. This paper shows that the interaction which gives rise to the light-bending also induces photon-matter entanglement as long as gravity and matter are treated at par with quantum mechanics. The quantum light-bending interaction within the framework of perturbative quantum gravity highlights this point by showing that the entangled states can be generated already with coherent states of light and matter exploiting the non-linear coupling induced by graviton exchange. Furthermore, the quantum light-bending interaction is capable of discerning between the spin-2 and spin-0 gravitons thus also providing a test for alternative theories of gravity at short distances and at the quantum level. We will conclude by estimating the order of magnitude of the entanglement generated by employing the linear entropy. In particular, we find that a half-ring cavity of radius $0.25$ m placed around a $10$ kg mechanical oscillator operating at $150$ Hz, could be used to generate linear entropy of order unity using a petawatt laser source at optical wavelengths. While the proposed scheme is beyond the current experimental realities it nonetheless initiates the discussion about testing the spin of the gravitational interaction at the quantum level.
• Abstract（参考訳）: 太陽の重力場における光の偏向は、一般的な相対性理論の最も基本的な結果の1つであり、1世紀前にエディントンが行った古典的な実験の1つである。 しかし、現代物理学における中心的な役割にもかかわらず、物質と光の両方が古典的な特徴を示す量子状態において、実験は行われていない。 この論文は、光曲げを引き起こす相互作用は、重力や物質が量子力学と同等に扱われる限り、光子と物質の絡み合いも引き起こすことを示す。 摂動的量子重力の枠組みにおける量子光-曲げ相互作用は、この点を強調し、この絡み合った状態が、重力子交換によって誘導される非線形結合を利用した光と物質のコヒーレントな状態で既に生成可能であることを示した。 さらに、量子光曲げ相互作用はスピン-2とスピン-0グラビトンを区別することができるため、短距離および量子レベルでの重力の代替理論のテストも提供する。 線形エントロピーを用いて生じるエンタングルメントの等級を推定して結論付ける。 特に、150ドルのhzで動作する10kgの機械振動子の周りに配置された半径0.25$mのハーフリングキャビティは、ペタワットレーザー源を用いて光波長で秩序の線形エントロピーを生成するのに使用できることがわかった。 提案されたスキームは現在の実験的な現実を超えたものであるが、それでも量子レベルでの重力相互作用のスピンの検証についての議論が始まっている。

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