論文の概要: Coherent collective response in many-qubit systems for dark matter detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.26736v1
• Date: Thu, 25 Jun 2026 08:18:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-26 18:46:32.213707
• Title: Coherent collective response in many-qubit systems for dark matter detection
• Title（参考訳）: 暗黒物質検出のための多ビット系におけるコヒーレント集団応答
• Abstract要約: 本研究では、波状暗黒物質を検出するラムゼー型干渉計のアレイを提案する。 結合に対する感度は$sim 1 / sqrtN$である。
• 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 propose an array of the Ramsey-type interferometers using $N$ superposition states, $(|0\rangle+ |1\rangle)^{\otimes N}$, as a sensor to detect wave-like dark matter. After the exposure to the dark matter wave, which induces the coherent qubit transitions, the signal is the imbalance between the probabilities of detecting 0 and 1. The signal-to-noise ratio in this scheme is proportional to $\sqrt{N} α$, where $α$ is the coupling of dark matter to the qubits, and thus the sensitivity to the coupling scales as $δα\sim 1 / \sqrt{N}$. For comparison, in the detection scheme based on the Rabi-type transition, $|0\rangle \to |1\rangle$, this scaling is achieved only when highly entangled $N$ qubits are used. Since the Ramsey-type measurement does not require entangled states, one can consider much larger $N$ by simply placing a large number of qubits within the de Broglie wavelength of the dark matter. We demonstrate that, using trapped-ion qubits in a linear Paul trap as the sensor, the projected sensitivity to the coupling matches or surpasses existing laboratory, astrophysical, and cosmological bounds for $N \gtrsim 10^6$. We also evaluate its sensitivity to high-frequency gravitational waves. Our general framework should, in principle, be useful for other quantum sensing platforms.
• Abstract（参考訳）: 我々は、波状暗黒物質を検出するセンサとして、N$スーパーポジション状態、$(|0\rangle+ |1\rangle)^{\otimes N}$を用いたラムゼー型干渉計のアレイを提案する。 コヒーレント量子ビット遷移を誘導するダークマター波に曝露した後、信号は0と1を検出する確率の不均衡である。 このスキームの信号対雑音比は$\sqrt{N} α$に比例し、$α$はダークマターとキュービットのカップリングであり、したがって結合に対する感度は$δα\sim 1 / \sqrt{N}$となる。 比較として、Rabi型遷移に基づく検出スキームにおいて、$|0\rangle \to |1\rangle$は、高い絡み合った$N$ qubitsを使用する場合にのみ達成される。 ラムゼー型測定では絡み合った状態を必要としないため、ダークマターのデブロリー波長内に多数の量子ビットを置くだけで、はるかに大きな$N$を考えることができる。 本研究では, 線形ポールトラップの捕捉イオン量子ビットをセンサとして, 結合に対する予測感度が既存の実験室, 天体物理学, 宇宙論的境界を上回り, $N \gtrsim 10^6$となることを実証した。 また,高周波重力波に対する感度の評価を行った。 私たちの一般的なフレームワークは、原則として、他の量子センシングプラットフォームに役立ちます。

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