論文の概要: Probing curved spacetime with a distributed atomic processor clock
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.12954v1
- Date: Tue, 18 Feb 2025 15:36:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-19 14:05:32.703415
- Title: Probing curved spacetime with a distributed atomic processor clock
- Title（参考訳）: 分散原子プロセッサクロックによる曲線時空の探索
- Authors: Jacob P. Covey, Igor Pikovski, Johannes Borregaard,
- Abstract要約: 分散量子状態構築のためのアルカリ土類様原子プロセッサの量子ネットワークを提案する。
時空の曲率が3つの異なる固有時間の干渉によって現れることを示す。
本稿では, 線形性, ユニタリ性, 量子論の確率的性質などの基礎物理学の新たな側面を曲面時空上で探索する方法について論じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Quantum dynamics on curved spacetime has never been directly probed beyond the Newtonian limit. Although we can describe such dynamics theoretically, experiments would provide empirical evidence that quantum theory holds even in this extreme limit. The practical challenge is the minute spacetime curvature difference over the length scale of the typical extent of quantum effects. Here we propose a quantum network of alkaline earth(-like) atomic processors for constructing a distributed quantum state that is sensitive to the differential proper time between its constituent atomic processor nodes, implementing a quantum observable that is affected by post-Newtonian curved spacetime. Conceptually, we delocalize one clock between three locations by encoding the presence or absence of a clock into the state of the local atoms. By separating three atomic nodes over $\sim$km-scale elevation differences and distributing one clock between them via a W-state, we demonstrate that the curvature of spacetime is manifest in the interference of the three different proper times that give rise to three distinct beat notes in our non-local observable. We further demonstrate that $N$-atom entanglement within each node enhances the interrogation bandwidth by a factor of $N$. We discuss how our system can probe new facets of fundamental physics, such as the linearity, unitarity and probabilistic nature of quantum theory on curved spacetime. Our protocol combines several recent advances with neutral atom and trapped ions to realize a novel quantum probe of curved spacetime uniquely enabled by quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 湾曲した時空の量子力学はニュートン限界を超えて直接調査されたことはない。
このような力学を理論的に記述することはできるが、量子論がこの極端な極限においてさえ成り立つという実証的な証拠が得られる。
現実的な課題は、量子効果の典型的な範囲の長さスケールに対する微小な時空曲率差である。
本稿では,その構成する原子プロセッサノード間の差分固有時間に敏感な分散量子状態を構築するために,アルカリ土類(-様)原子プロセッサの量子ネットワークを提案する。
概念的には、クロックの有無を局所原子の状態にエンコードすることで、3つの位置間で1つのクロックを非局在化する。
3つの原子ノードを$\sim$kmスケールの高度差で分割し、W状態を通して1つのクロックを分配することにより、時空の曲率が、我々の非局所観測可能な3つの異なるビート音の干渉によって現れることを示す。
さらに、各ノード内の$N$-atomの絡み合いは、$N$の係数で尋問帯域を増大させることを示した。
本稿では, 線形性, ユニタリ性, 量子論の確率的性質などの基礎物理学の新たな側面を曲面時空上で探索する方法について論じる。
我々のプロトコルは、いくつかの最近の進歩と中性原子と閉じ込められたイオンを組み合わせることで、量子ネットワークによって一意に実現された曲線時空の新しい量子プローブを実現する。
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