論文の概要: Magnetic noise in macroscopic quantum spatial superposition induced by inverted harmonic oscillator potential

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.02670v1
• Date: Tue, 02 Sep 2025 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-04 21:40:46.290556
• Title: Magnetic noise in macroscopic quantum spatial superposition induced by inverted harmonic oscillator potential
• Title（参考訳）: 逆調和振動子電位によるマクロ量子空間重畳の磁気ノイズ
• Authors: Sneha Narasimha Moorthy, Anupam Mazumdar,
• Abstract要約: そこで,Stern-Gerlach型物質波干渉計を用いて,不均一磁場がナノ粒子内に埋め込まれたスピンに結合して空間重畳を発生させる手法について検討した。 提案手法では, 劣化率の制約は, コントラスト閾値を強制するよりもノイズパラメータの厳密な境界につながり, 優れたデフォーカス制御により高い干渉コントラストが保証されることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate a Stern-Gerlach type matter-wave interferometer where an inhomogeneous magnetic field couples to an embedded spin in a nanoparticle to create spatial superpositions. Employing a sequence of harmonic and inverted harmonic oscillator potentials created by external magnetic fields, we aim to enhance the one-dimensional superposition of a nanodiamond with mass $\sim 10^{-15}$ kg to $\sim 1 \mu$m. Such matter-wave interferometers have diverse applications, including entanglement of adjacent interferometers mediated by Standard Model and beyond-Standard Model fields, precision tests of the equivalence principle, quantum sensing, and laboratory probes of the quantum nature of spacetime. However, random fluctuations of the magnetic field stochastically perturbs the interferometer paths and induce dephasing. We quantitatively estimate the susceptibility of the interferometer to white noise arising from magnetic-field fluctuations. Constraining the dephasing rate $\Gamma$ to be low enough that the final coherence $e^{-\Gamma \tau}\leq 0.1$ (where $\tau$ is the experimental time duration), we obtain the following bounds on the noise to signal ratios: $\delta \eta_\text{IHP}/\eta_\text{IHP}\lesssim 10^{-13}$, where $\eta_\text{IHP}$ is the magnetic field curvature that gives rise to the inverted harmonic potential, and $\delta \eta_\text{HP}/\eta_\text{HP}\lesssim 10^{-6}$, where $\eta_\text{HP}$ is the linear magnetic field gradient that gives rise to the harmonic potential. For such tiny fluctuations, we demonstrate that the Humpty-Dumpty problem arising from a mismatch in position and momentum does not cause a loss in contrast of the interferometer. Further, we show that constraining the dephasing rate leads to stricter bounds on the noise parameters than enforcing a contrast threshold, indicating that good dephasing control ensures high interferometric contrast.
• Abstract（参考訳）: そこで,Stern-Gerlach型物質波干渉計を用いて,不均一磁場がナノ粒子内に埋め込まれたスピンに結合して空間的重ね合わせを発生させる手法について検討した。 外部磁場によって生成される高調波及び逆調和振動子ポテンシャルの列を用いて、質量$\sim 10^{-15}$ kg のナノダイアモンドの1次元重ね合わせを$\sim 1 \mu$m に拡張することを目指している。 このような物質波干渉計は、標準模型と超標準模型によって媒介される隣り合う干渉計の絡み合い、等価原理の精度試験、量子センシング、時空の量子的性質の実験プローブなど、様々な応用がある。 しかし、磁場のランダムなゆらぎは干渉計の経路を確率的にゆらぎ、デフォーカスを誘発する。 磁場変動によるホワイトノイズに対する干渉計の感受性を定量的に推定する。 e^{-\Gamma \tau}\leq 0.1$ (ここでは$\tau$は実験時間) を減じると、信号比に対するノイズの次の境界が得られる: $\delta \eta_\text{IHP}/\eta_\text{IHP}\lesssim 10^{-13}$, where $\eta_\text{IHP}$は逆調和ポテンシャルを生じさせる磁場曲率、$\delta \eta_\text{IHP}/\eta_\text{HP}\lesssim 10^{-6}$, $\eta_\text{IHP}$は線形勾配であり、磁束は磁束に害を与える。 このような小さなゆらぎに対して、位置と運動量のミスマッチから生じるハンプティ・ダンプティ問題は、干渉計と対照的な損失を生じさせないことを示す。 さらに, 劣化率の制約は, コントラスト閾値を強制するよりも騒音パラメータの厳密な境界につながり, 優れた劣化制御により高い干渉スペクトルが得られることを示す。

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