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Dinámica de entrelazamiento de pares de fotones y memorias cuánticas en el campo gravitacional de la Tierra.

Fecha:

Roy Barzel1, Mustafa Gündoğan2,3, Markus Krutzik2,3,4, Dennis Ratzel1,2y Claus Lammerzahl1,5

1ZARM, Universidad de Bremen, Am Fallturm 2, 28359 Bremen, Alemania
2Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstraße 15, 12489 Berlín, Alemania
3IRIS Adlershof, Humboldt-Universität zu Berlin, Zum Großen Windkanal 2, 12489 Berlín, Alemania
4Ferdinand-Braun-Institut (FBH), Gustav-Kirchoff-Str.4, 12489 Berlín, Alemania
5Instituto de Física, Universidad Carl von Ossietzky de Oldenburg, Ammerländer Heerstr. 114-118, 26129 Oldenburgo, Alemania

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Resumen

Investigamos el efecto de la dinámica de entrelazamiento debido a la gravedad (la base de un mecanismo de decoherencia universal) para estados fotónicos y memorias cuánticas en configuraciones de interferometría de Mach-Zehnder y Hong-Ou-Mandel en el campo gravitacional de la Tierra. Mostramos que hay buenas posibilidades de presenciar el efecto con tecnología de futuro cercano en la interferometría de Hong-Ou-Mandel. Esto representaría una prueba experimental de modelado teórico que combina un efecto de múltiples partículas predicho por la teoría cuántica de la luz y un efecto predicho por la relatividad general. Nuestro artículo representa el primer análisis de los efectos gravitacionales relativistas en las memorias cuánticas basadas en el espacio, que se espera que sean un ingrediente importante para las redes globales de comunicación cuántica.

Se ha convertido en uno de los principales problemas de la física teórica comprender la interacción entre nuestras teorías más exitosas, la mecánica cuántica (QM) y la relatividad general (GR). La resolución de este problema sólo puede lograrse mediante experimentos u observaciones en la interfaz de las dos teorías. Además, la carrera por el desarrollo de tecnologías cuánticas basadas en el espacio, donde los recursos cuánticos se generan y sondean localmente o se intercambian a lo largo de miles de kilómetros a través del campo gravitacional no homogéneo de la Tierra, alimenta la necesidad de comprender la influencia de los efectos relativistas generales en recursos cuánticos también desde un punto de vista práctico.

Un ejemplo particular de un efecto fundamental interesante en la interfaz de la mecánica cuántica y la relatividad general es la generación de entrelazamiento entre la estructura energética interna de un sistema cuántico y sus grados de libertad (DOF) externos (movibles) debido a la dilatación del tiempo gravitacional o corrimiento al rojo. . Se ha propuesto que estas dinámicas de entrelazamiento (DE) debidas a la gravedad se observen en la interferometría atómica, con fotones individuales en la interferencia de Mach-Zehnder (MZ), pares de fotones en la interferencia de Hong-Ou-Mandel (HOM) y fonones en los condensados ​​de Bose-Einstein. En el caso de sistemas cuánticos masivos que se encuentran en estados de superposición del grado de libertad de su centro de masa, se descubrió que las DE debidas a la gravedad inducen decoherencia, lo que subraya su importancia fundamental.

En este artículo, se investiga el caso de las DE de fotones y Memorias Cuánticas (QMems) debidas a la gravedad en configuraciones de interferometría MZ y HOM. Además, el artículo proporciona una propuesta experimental y un estudio de viabilidad para presenciar el efecto en experimentos HOM cuyas extensiones espaciales necesarias son dramáticamente más pequeñas que las de los experimentos propuestos que solo emplean fotones. Un experimento de este tipo representaría una prueba experimental de modelado teórico que combina un efecto de múltiples partículas predicho por la teoría cuántica de la luz y un efecto predicho por la relatividad general. Desde el punto de vista aplicado, el artículo representa el primer análisis de los efectos gravitacionales relativistas sobre las memorias cuánticas basadas en el espacio, que se espera que sean un ingrediente importante para las redes globales de comunicación cuántica.

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Citado por

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Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2024-02-29 15:41:25). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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