論文の概要: Probing General Relativity-Induced Decoherence Using an on-chip Sagnac Interferometer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.11392v1
• Date: Tue, 15 Apr 2025 17:01:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-16 22:06:25.759054
• Title: Probing General Relativity-Induced Decoherence Using an on-chip Sagnac Interferometer
• Title（参考訳）: オンチップサニャック干渉計を用いた一般相対性理論によるデコヒーレンスの提案
• Authors: Mohamed ElKabbash,
• Abstract要約: 最近の理論的提案は、相対論的固有時間が量子系におけるデコヒーレンスの原因となることを示唆している。 本稿では,時計回りと時計回りの単光子方向の適切な時間差を生じさせるチップ集積型サニャック干渉計を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The intersection of quantum mechanics and general relativity remains an open frontier in fundamental physics, with few experimentally accessible phenomena connecting the two. Recent theoretical proposals suggest that relativistic proper time can act as a source of decoherence in quantum systems, providing a testable overlap between the two theories. Here, we propose a chip-integrated Sagnac interferometer where rotation induces a proper time difference between clockwise and counterclockwise single-photon paths. When this time delay exceeds the photon's coherence time, interference visibility is predicted to decrease, offering a direct signature of relativistic time dilation-induced decoherence. We theoretically derive the proper time difference arising from the Sagnac effect and estimate that for a loop radius of 18.9 cm and a rotation speed of 1000 rad/s, decoherence should occur for single-photon wavepackets with a coherence time of 10 femtoseconds. We also present a practical chip design that accommodates the required high-speed mechanical rotation and includes an all-optical readout scheme to eliminate wiring constraints. This approach enables a stable, on-chip implementation using realistic parameters, with rotation speed serving as a continuously tunable knob to control decoherence. Our platform opens a new route for experimentally probing the interplay between quantum coherence and relativistic proper time in a scalable and compact form.
• Abstract（参考訳）: 量子力学と一般相対性理論の交わりは、基礎物理学において依然としてオープンフロンティアであり、これら2つを繋ぐ実験的な現象はほとんどない。 最近の理論的提案は、相対論的固有時間は量子系のデコヒーレンスの源として作用し、2つの理論の間に実証可能な重複を与えることを示唆している。 本稿では、時計回りと時計回りの単光子方向の適切な時間差を誘導するチップ集積型サニャック干渉計を提案する。 この時間遅延が光子のコヒーレンス時間を超えると、干渉可視性は減少し、相対論的時間拡張によって引き起こされるデコヒーレンスを直接署名する。 理論的には、サニャック効果から生じる適切な時間差を導出し、ループ半径18.9cm、回転速度1000rad/sの場合、コヒーレンス時間10フェムト秒の単一光子波束に対してデコヒーレンスが発生すると推定する。 また,所要の高速機械回転に対応し,配線制約をなくすための全光読み出し方式を含む実用的なチップ設計を提案する。 このアプローチにより、現実的なパラメータを用いた安定したオンチップ実装が可能となり、回転速度はデコヒーレンスを制御するための継続的な調整可能なノブとして機能する。 我々のプラットフォームは、量子コヒーレンスと相対論的固有時間との相互作用をスケーラブルでコンパクトな形で実験的に検証するための新しい経路を開く。

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