論文の概要: Gravitational time dilation in quantum clock interferometry with entangled multi-photon states and quantum memories
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.02470v1
- Date: Mon, 05 Jan 2026 19:00:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-07 17:02:12.686771
- Title: Gravitational time dilation in quantum clock interferometry with entangled multi-photon states and quantum memories
- Title（参考訳）: 絡み合った多光子状態と量子メモリを用いた量子クロック干渉法における重力時間拡張
- Authors: Mustafa Gündoğan, Roy Barzel, Dennis Rätzel,
- Abstract要約: 我々は、周波数ビンフォトニッククロックを垂直に分離した2つの量子メモリに格納するメモリアシスト量子クロック干渉計を解析する。
適切な時間依存位相はN因子によって増幅され、N時間に早く崩壊し、干渉信号が復活することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Gravitational time dilation implies that clocks held at different heights accumulate different proper times. We analyze a memory-assisted quantum clock interferometer in which a frequency-bin photonic clock is stored in two vertically separated quantum memories for a controllable duration, such that the joint state evolves in a quantum superposition of two proper times. After retrieval, the photonic modes interfere in a Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometer, for which we derive analytic expressions for the resulting multiphoton detection statistics. Extending this HOM-based scheme from entangled photon pairs to frequency-entangled 2N-photon inputs, we show that the proper-time dependent phase is amplified by a factor N, leading to an N-times faster collapse and revival of the interference signal compared with the two-photon case. Incorporating finite memory efficiency and lifetime, we identify regimes where this modulation remains observable. For parameters compatible with demonstrated Rb and Cs memories and achievable optical frequency separations, the first collapse occurs for height differences in the order of 10-100 m with subsecond to few-second storage times, while suitable rare-earth ion and alkali memory combinations can reduce the required height to the few-metre scale. These results establish near-term laboratory conditions for observing entanglement dynamics driven by gravitational time dilation in a photonic platform.
- Abstract（参考訳）: 重力時間拡張は、異なる高さで保持される時計が異なる適切な時刻を蓄積することを意味する。
我々は、周波数ビンフォトニッククロックを2つの垂直に分離した量子メモリに格納するメモリアシスト型量子クロック干渉計を、制御可能な時間で解析し、結合状態が2つの適切な時間で量子スーパーポジションで進化するようにした。
検索後、光モードはHong-Ou-Mandel(HOM)干渉計に干渉し、その結果の多光子検出統計に対する解析式を導出する。
このHOMベースのスキームを2光子対から2N光子入力に拡張することにより、適切な時間依存位相がN因子によって増幅され、2光子の場合と比較してN時間に早く崩壊し、干渉信号が再生されることを示す。
有限メモリ効率と寿命を組み合わさって、この変調が観測可能である状態を特定する。
実証されたRb, Csメモリと達成可能な光周波数分離に適合するパラメータに対して、第1の崩壊は10-100mの高度差と、サブ秒から数秒の記憶時間で発生し、適切な希土類イオンとアルカリメモリの組み合わせは、必要な高さを数メートルスケールに低減することができる。
これらの結果は、フォトニックプラットフォームにおける重力時間拡張によって引き起こされる絡み合いのダイナミクスを観察するための短期実験条件を確立する。
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