論文の概要: Quantum entanglement in cosmology

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.03841v1
• Date: Wed, 04 Jun 2025 11:18:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 21:20:14.302568
• Title: Quantum entanglement in cosmology
• Title（参考訳）: 宇宙論における量子絡み合い
• Authors: Alessio Belfiglio, Orlando Luongo, Stefano Mancini,
• Abstract要約: 膨張する時空における絡み合いの生成は、重力粒子の生成現象に遡ることができる。 量子場から直接絡み合いを抽出するために、検出器として機能する追加の量子システムとの局所的な相互作用が提案されている。 まず、離散場の量子論で生じる絡み合いエントロピーの観点から、ベーケンシュタイン-ホーキングブラックホールエントロピーの解釈について考察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.499907423888049
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We discuss recent progress in the study of entanglement within cosmological frameworks, focusing on both momentum and position-space approaches and also reviewing the possibility to directly extract entanglement from quantum fields. Entanglement generation in expanding spacetimes can be traced back to the phenomenon of gravitational particle production, according to which the background gravitational field may transfer energy and momentum to quantum fields. The corresponding entanglement amount and its mode dependence are both sensitive to the field statistics and to the details of spacetime expansion, thus encoding information about the background. Gravitational production processes also play a key role in addressing the quantum-to-classical transition of cosmological perturbations. In order to directly extract entanglement from quantum fields, local interactions with additional quantum systems, working as detectors, have been suggested, leading to the formulation of the entanglement harvesting protocol. Despite harvesting procedures are currently unfeasible from an experimental point of view, various proposals for implementation exist and a proper modeling of detectors and local interactions is crucial to address entanglement extraction via realistic setups. In the final part of the work, we address entanglement characterization in position space, primarily focusing on black hole spacetimes. We first investigate a possible interpretation of Bekenstein-Hawking black hole entropy in terms of the entanglement entropy arising in discrete quantum field theories, on account of the area law. Then, we discuss the resolution of the black hole information paradox via the gravitational fine-grained entropy formula, which provides a new way to compute the entropy of Hawking radiation and allows to preserve unitarity in black hole evaporation processes.
• Abstract（参考訳）: 我々は、宇宙論の枠組みにおける絡み合いの研究の最近の進歩について論じ、運動量と位置空間の両方のアプローチに焦点を当て、量子場から直接絡み合いを抽出する可能性について検討する。 膨張する時空における絡み合いの生成は、背景重力場がエネルギーと運動量を量子場に移すという重力粒子の生成現象に遡ることができる。 対応する絡み合い量とそのモード依存は、フィールド統計と時空展開の詳細の両方に敏感であり、背景に関する情報を符号化する。 重力生成過程は、宇宙論的摂動の量子-古典的遷移に対処する上でも重要な役割を果たしている。 量子場からエンタングルメントを直接抽出するために、検出器として機能する追加量子システムとの局所的な相互作用が提案され、エンタングルメント収穫プロトコルの定式化につながった。 現在、収穫手順は実験的な観点からは実現不可能であるが、様々な実装の提案があり、検出器の適切なモデリングや局所的な相互作用が現実的なセットアップによる絡み合い抽出に不可欠である。 研究の最終部では、主にブラックホールの時空に焦点を当てた位置空間における絡み合いの特性について論じる。 まず、領域法則に基づき、離散場の量子論において生じる絡み合いエントロピーの観点から、ベッケンシュタイン-ホーキングブラックホールエントロピーの解釈について検討する。 そこで, 重力微粒エントロピー式によるブラックホール情報パラドックスの解法について議論し, ホーキング放射のエントロピーを計算し, ブラックホール蒸発過程におけるユニタリ性を維持する新しい方法を提案する。

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