論文の概要: Photonic cellular automaton simulation of relativistic quantum fields:
observation of Zitterbewegung
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.07672v1
- Date: Mon, 12 Feb 2024 14:27:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-13 14:05:28.229992
- Title: Photonic cellular automaton simulation of relativistic quantum fields:
observation of Zitterbewegung
- Title（参考訳）: 相対論的量子場のフォトニックセルオートマトンシミュレーション:Zitterbewegungの観察
- Authors: Alessia Suprano, Danilo Zia, Emanuele Polino, Davide Poderini, Gonzalo
Carvacho, Fabio Sciarrino, Matteo Lugli, Alessandro Bisio, and Paolo
Perinotti
- Abstract要約: 量子セルオートマトン(Quantum Cellular Automaton、QCA)は、普遍的な量子計算のモデルである。
1+1次元自由相対論的ディラック量子場のQCAシミュレーションを実装するための最初のフォトニックプラットフォームを導入する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.9160941148077
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum Cellular Automaton (QCA) is a model for universal quantum computation
and a natural candidate for digital quantum simulation of relativistic quantum
fields. Here we introduce the first photonic platform for implementing
QCA-simulation of a free relativistic Dirac quantum field in 1+1 dimension,
through a Dirac Quantum Cellular Automaton (DQCA). Encoding the field position
degree of freedom in the Orbital Angular Momentum (OAM) of single photons, our
state-of-the-art setup experimentally realizes 8 steps of a DQCA, with the
possibility of having complete control over the input OAM state preparation and
the output measurement making use of two spatial light modulators. Therefore,
studying the distribution in the OAM space at each step, we were able to
reproduce the time evolution of the free Dirac field observing, the
Zitterbewegung, an oscillatory movement extremely difficult to see in real case
experimental scenario that is a signature of the interference of particle and
antiparticle states. The accordance between the expected and measured
Zitterbewegung oscillations certifies the simulator performances, paving the
way towards the application of photonic platforms to the simulation of more
complex relativistic effects.
- Abstract（参考訳）: 量子セルオートマトン(Quantum Cellular Automaton, QCA)は、一般量子計算のモデルであり、相対論的量子場のデジタル量子シミュレーションの自然な候補である。
本稿では,ディラック量子セルオートマトン(DQCA)を用いて,自由相対論的ディラック量子場の1+1次元でのQCAシミュレーションを実現するための最初のフォトニックプラットフォームを紹介する。
単一光子の軌道角運動量(OAM)におけるフィールド位置自由度を符号化し、DQCAの8ステップを実験的に実現し、入力OAM状態の完全な制御と2つの空間光変調器を用いた出力測定が可能となる。
そこで, 各段階におけるOAM空間の分布について検討し, 粒子と反粒子の干渉の兆候である実例実験シナリオにおいて観測が極めて困難である自由ディラック場観測の時間発展を再現することができた。
期待値と測定値の関係はシミュレータの性能を検証し、より複雑な相対論的効果のシミュレーションへのフォトニックプラットフォームの適用への道を開く。
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