論文の概要: Quantum Optical Simulator for Unruh-DeWitt Detector Dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.16865v1
- Date: Fri, 21 Nov 2025 00:21:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-24 18:08:18.847226
- Title: Quantum Optical Simulator for Unruh-DeWitt Detector Dynamics
- Title（参考訳）: アンルー・デウィット検出器ダイナミクスのための量子光シミュレータ
- Authors: Tai Hyun Yoon,
- Abstract要約: 直交非線形双光子源を用いた相対論的検出器-場相互作用をシミュレーションするための量子光学プラットフォームを提案する。
信号モード励起は真空揺らぎによって誘導される検出器遷移をエミュレートする一方、コヒーレントにシードされたアイドラーモードは有効量子場として機能することを示す。
- 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 present a quantum-optical platform for simulating relativistic detector-field interactions using entangled nonlinear biphoton sources (ENBSs), realized through phase-controlled single-photon frequency-comb (SPFC) sources. By mapping the dynamical evolution of this system onto the Unruh-DeWitt (UDW) detector model, we show that signal-mode excitations emulate detector transitions driven by vacuum fluctuations, while coherently seeded idler modes act as an effective quantum field. This correspondence enables tabletop exploration of Unruh-like excitation, coherence harvesting, and field-induced entanglement. We derive the effective interaction Hamiltonian and Lindblad master equation for two coherently seeded ENBS units and obtain analytical solutions for the signal photon number \(N_{\rm sig}(t)\) and second-order correlation function \(g^{(2)}(0;t)\). Numerical simulations confirm that phase-dependent biphoton dynamics reproduce UDW-type behavior, including tunable excitation and quantum correlations. The output signal state exhibits controllable fidelity, interference visibility, and entanglement entropy as functions of the seeding phase and amplitude. These results establish ENBSs as experimentally accessible quantum simulators of relativistic field phenomena, providing a photonic testbed for analog gravitational effects, vacuum fluctuations, and spacetime-induced coherence-all within reach of current nonlinear-optics technology.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、位相制御された単一光子周波数コム(SPFC)源を介して実現された、絡み合った非線形双光子源(ENBS)を用いた相対論的検出器-フィールド相互作用をシミュレーションするための量子光学プラットフォームを提案する。
このシステムの動的進化をUnruh-DeWitt(UDW)検出器モデルにマッピングすることにより、真空揺らぎによって駆動される検出器遷移を信号モード励起がエミュレートし、コヒーレントにシードされたアイドラーモードが有効な量子場として機能することを示す。
この対応により、ウンルー様励起、コヒーレンス収穫、およびフィールド誘起絡みのテーブルトップ探索が可能となる。
我々は、2つのコヒーレントシードされたENBS単位に対する実効的な相互作用ハミルトンとリンドブラッドのマスター方程式を導出し、信号光子数 \(N_{\rm sig}(t)\) と2階相関関数 \(g^{(2)}(0;t)\ の解析解を得る。
数値シミュレーションにより、位相依存バイフォトンダイナミクスはチューナブル励起や量子相関を含むUDW型挙動を再現することを確認した。
出力信号状態は、シード相と振幅の関数として制御可能な忠実度、干渉可視性、絡み合いエントロピーを示す。
これらの結果は、ENBSを相対論的場現象の実験的に利用可能な量子シミュレータとして確立し、現在の非線形光学技術の範囲内で、アナログ重力効果、真空ゆらぎ、時空誘起コヒーレンスオールのためのフォトニックテストベッドを提供する。
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