論文の概要: Acceleration Noise Induced Decoherence in Stern-Gerlach Interferometers for Gravity Experiments

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.10832v2
• Date: Fri, 18 Oct 2024 13:13:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-21 14:22:26.028055
• Title: Acceleration Noise Induced Decoherence in Stern-Gerlach Interferometers for Gravity Experiments
• Title（参考訳）: 重力実験用スターン・ゲルラッハ干渉計における加速度騒音誘起デコヒーレンス
• Authors: Meng-Zhi Wu,
• Abstract要約: 加速度ノイズは、Stern-Gerlach干渉計のデコヒーレンス問題を引き起こす可能性がある。 本稿では,SGIの解析的時間進化演算子に基づいて,これらのデコヒーレンス機構を理論的に研究する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Stern-Gerlach interferometer (SGI) is a kind of matter-wave interferometer driven by magnetic field and has been proposed for many gravity experiments. Acceleration noises such as vibration and inertial forces, together with higher-order noises like the fluctuation of the gravity gradient or the magnetic field, can cause decoherence problems of SGI, including dephasing, loss of contrast and position localization decoherence. In this paper, I will theoretically study these mechanisms of decoherence based on the analytical time-evolution operator of an SGI modelled as a harmonic oscillator under acceleration noises described by Gaussian stochastic processes. As will be proved, for a single arm of an SGI, the shape of the Wigner function keeps invariant under an acceleration noise, although the phase and the coordinate in the classical phase space fluctuate as linear responses to the noise, and the spatial quantum state of a single path experiences a fidelity loss and position localization decoherence. For the witness constructed in the spin space, the degrees of freedom in the classical phase space have to be traced out, then acceleration noises can lead to dephasing effects on the witness, while the fidelity loss or position localization decoherence don't affect the density matrix in spin space as long as the noise is uniform to both arms of the interferometer. By contrast, path-dependent noises can lead to a loss of Loschmidt echo, resulting in a decoherence in the spin space, known as the Humpty-Dumpty problem. A final remark is that the randomness of the noise is essential for dephasing and position-localization decoherence, and these two mechanisms don't cause purity loss or entropy increase if the noise is determinstic rather than stochastic.
• Abstract（参考訳）: SGI(Stern-Gerlach Interferometer)は、磁場によって駆動される物質波干渉計の一種であり、多くの重力実験のために提案されている。 振動や慣性力などの加速度ノイズは、重力勾配のゆらぎや磁場などの高次ノイズとともに、デフォーカス、コントラストの喪失、位置定位デコヒーレンスなどのSGIのデコヒーレンス問題を引き起こす。 本稿では,ガウス確率過程によって記述される加速度雑音下での高調波発振器としてモデル化されたSGIの解析的時間進化演算子に基づいて,これらのデコヒーレンス機構を理論的に研究する。 証明されるように、SGIの単一アームでは、古典位相空間の位相と座標はノイズに対する線形応答として変動するが、ウィグナー関数の形状は加速度雑音の下で不変であり、単一経路の空間量子状態は忠実損失と位置ローカライゼーションデコヒーレンスを経験する。 スピン空間で構築された目撃者にとって、古典位相空間における自由度は追跡されなければならず、加速ノイズは証人に対する嫌悪感を招きかねないが、不確実性損失や位置局在デコヒーレンス(英語版)は、干渉計の両腕にノイズが均一である限り、スピン空間の密度行列に影響を与えない。 対照的に、経路依存ノイズはロシミットエコーの損失を招き、ハンプティ・ダンプティ問題として知られるスピン空間のデコヒーレンスをもたらす。 最後に、ノイズのランダム性はデフォーカスと位置定位デコヒーレンスに必須であり、ノイズが確率的ではなく決定論的である場合、これらの2つのメカニズムは純度損失やエントロピーの増加を引き起こすことはない。

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