Предложение теста с усиленной запутанностью для локального нарушения лоренцевой симметрии через спинорные атомы

Отметка времени: 14 ноября 2022 г., 8:11
Исходный узел: 1755471

Мин Чжуан1, Цзяхао Хуан2,3, и Чаохонг Ли1,2,3

1Колледж физики и оптоэлектроники Шэньчжэньского университета, Шэньчжэнь 518060, Китай
2Ключевая лаборатория квантовой метрологии и датчиков провинции Гуандун и Школа физики и астрономии, Университет Сунь Ятсена (кампус Чжухай), Чжухай 519082, Китай
3Государственная ключевая лаборатория оптоэлектронных материалов и технологий Университета Сунь Ятсена (кампус Гуанчжоу), Гуанчжоу 510275, Китай

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

Инвариантность относительно преобразований Лоренца является фундаментальной как для стандартной модели, так и для общей теории относительности. Проверка нарушения симметрии Лоренца (LSV) с помощью атомных систем вызывает большой интерес как в теории, так и в эксперименте. В нескольких тестовых предложениях эффекты нарушения LSV описываются как локальное взаимодействие, и соответствующая точность теста может асимптотически достигать предела Гейзенберга за счет увеличения квантовой информации Фишера (QFI), но ограниченное разрешение коллективных наблюдаемых препятствует обнаружению больших QFI. Здесь мы предлагаем многомодовую квантовую интерферометрию многих тел для проверки параметра LSV $kappa$ через ансамбль спинорных атомов. Используя многомодовое состояние GHZ с $N$-атомом, точность теста может достигать предела Гейзенберга $Delta kappa propto 1/(F^2N)$ с длиной спина $F$ и числом атомов $N$. Мы находим реалистичную наблюдаемую (т.е. практический процесс измерения) для достижения предельной точности и анализируем тест LSV с помощью экспериментально доступной трехмодовой интерферометрии, например, с бозе-конденсированными атомами со спином $1$. Выбрав подходящие входные состояния и операцию унитарной рекомбинации, параметр LSV $kappa$ можно извлечь с помощью реализуемого измерения популяции. В частности, точность измерения параметра LSV $kappa$ может превзойти стандартный квантовый предел и даже приблизиться к пределу Гейзенберга за счет динамики спинового смешивания или управления квантовыми фазовыми переходами. Кроме того, схема устойчива к неадиабатическому эффекту и шуму обнаружения. Наша тестовая схема может открыть возможный путь радикального улучшения тестов LSV с атомными системами и обеспечить альтернативное применение многочастичных запутанных состояний.

Популярное резюме

Инвариантность относительно преобразований Лоренца является фундаментальной как для стандартной модели, так и для общей теории относительности. Проверка нарушения симметрии Лоренца (LSV) с помощью атомных систем вызывает большой интерес как в теории, так и в эксперименте. Здесь мы предлагаем многомодовую квантовую интерферометрию многих тел для проверки параметра LSV через ансамбль спинорных атомов. При использовании многомодового GHZ-состояния N-атома точность теста может достигать предела Гейзенберга. Мы находим реалистичную наблюдаемую (то есть практический процесс измерения) для достижения максимальной точности и анализируем тест LSV с помощью экспериментально доступной трехмодовой интерферометрии, например, с бозе-конденсированными атомами со спином-1. Выбрав подходящие входные состояния и унитарную операцию рекомбинации, параметр LSV можно извлечь с помощью реализуемого измерения популяции. В частности, точность измерения параметра LSV может превзойти стандартный квантовый предел и даже приблизиться к пределу Гейзенберга за счет динамики спинового смешивания или управления квантовыми фазовыми переходами. Кроме того, схема устойчива к неадиабатическому эффекту и шуму обнаружения. Наша тестовая схема может открыть возможный путь радикального улучшения тестов LSV с атомными системами и обеспечить альтернативное применение многочастичных запутанных состояний.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] CW Misner, KS Thorne, and JA Wheeler, Gravitation (Freeman, San Francisco, 1970).
https://​/​doi.org/​10.1002/​asna.19752960110

[2] Д. Маттингли, Living Rev. Relativity 8, 5 (2005).
https: / / doi.org/ 10.12942 / LRR-2005-5

[3] С. Либерати и Л. Макчоне, Annu. Преподобный Нукл. Часть. науч. 59, 245 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1146/​annurev.nucl.010909.083640

[4] С. Либерати, Класс. Квантовая гравитация 30, 133001 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0264-9381/​30/​13/​133001

[5] JD Tasson, представитель Prog. физ. 77, 062901 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​77/​6/​062901

[6] M. Pospelov, Y. Shang, Phys. Ред. D 85, 105001 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.85.105001

[7] В. А. Костелецкий и Н. Рассел, Rev. Mod. физ. 83, 11 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.83.11

[8] Костелецкий В.А., Поттинг Р. // Phys. Ред. D 51, 3923 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.51.3923

[9] D. Colladay и VA Kostelecký, Phys. Ред. D 55, 6760 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.55.6760

[10] D. Colladay и VA Kostelecký, Phys. Ред. D 58, 116002 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.58.116002

[11] В.А. Костелецкий, Phys. Ред. D 69, 105009 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.69.105009

[12] В.А. Костелецкий и Дж.Д. Тассон, Phys. Ред. D 83, 016013 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.83.016013

[13] П. Горжава, Phys. Ред. D 79, 084008 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.79.084008

[14] VA Kostelecky, S. Samuel, Phys. Ред. D 39, 683 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.39.683

[15] R. Gambini и J. Pullin, Phys. Ред. D 59, 124021 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.59.124021

[16] С.Г. Ниббелинк, М. Поспелов, Phys. Преподобный Летт. 94, 081601 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.081601

[17] MR Douglas, and NA Nekrasov, Rev. Mod. физ. 73, 977 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.73.977

[18] Бертолами О., Ленерт Р., Поттинг Р., Рибейро А. // Phys. Ред. D 69, 083513 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.69.083513

[19] RC Myers, and M. Pospelov, Phys. Преподобный Летт. 90, 211601 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.211601

[20] Сафронова М.С., Будкер Д., Демилль Д., Кимбалл Д.Ф., Деревянко А., Кларк Ч.В., мод. физ. 90, 025008 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.025008

[21] Hohensee MA, Leefer N., Budker D., Harabati C., Dzuba VA, Flambaum VV // Phys. Преподобный Летт. 111, 050401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.050401

[22] Пруттиварасин Т., Рамм М., Порсев С.Г., Тупицын И., Сафронова М.С., Хоэнзее М.А., Хаффнер Х., Nature (Лондон) 517, 592 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature14091

[23] Дзюба В.А., Фламбаум В.В., Сафронова М.С., Порсев С.Г., Пруттиварасин Т., Хоэнзее М.А., Хеффнер Х. // Нац. Физика 12, 465 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3610

[24] Шанив Р., Озери Р., Сафронова М.С., Порсев С.Г., Дзюба В.А., Фламбаум В.В., Хаффнер Х. // Phys. Преподобный Летт. 120, 103202 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.103202

[25] VA Kostelecký, C. Lane, Phys. Ред. D 60, 116010 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.60.116010

[26] L. Li, X. Li, B. Zhang and L. You, Phys. Ред. А 99, 042118 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042118

[27] В. А. Костелецкий и К. Д. Лейн, J. Math. физ. (Нью-Йорк) 40, 6245 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.533090

[28] JJ Bollinger, WM Itano и DJ Wineland, Phys. Ред. А 54, R4649 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.R4649

[29] T. Monz, P. Schindler, JT Barreiro, M. Chwalla, D. Nigg, WA Coish, M. Harlander, W. Hänsel, M. Hennrich и R. Blat, Phys. Преподобный Летт. 106, 130506 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.130506

[30] J. Huang, X. Qin, H. Zhong, Y. Ke и C. Lee, Sci. 5, 17894 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep17894

[31] К. Ли, Phys. Преподобный Летт. 97, 150402 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.150402

[32] К. Ли, Phys. Преподобный Летт. 102, 070401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.070401

[33] SD Huver, CF Wildfeuer, JP Dowling, Phys. Ред. A 78, 063828 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.063828

[34] К. Ли, Дж. Хуан, Х. Дэн, Х. Дай и Дж. Сюй, Фронт. физ. 7, 109 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11467-011-0228-6

[35] Y. Kawaguchia, M. Ueda, Phys. Представитель 520, 253 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2012.07.005

[36] M. Zhuang, J. Huang, and C. Lee, Phys. Ред. А. 98, 033603 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.033603

[37] С. С. Берд, Р. Шринивас, Дж. Дж. Боллинджер, А. С. Уилсон, Д. Д. Вайнленд, Д. Лейбфрид, Д. Х. Слихтер, DTC Allcock, Science 364, 1163 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aaw2884

[38] D. Linnemann, H. Strobel, W. Muessel, J. Schulz, RJ Lewis-Swan, KV Kheruntsyan, MK Oberthaler, Phys. Преподобный Летт. 117, 013001 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.013001

[39] О. Хостен, Р. Кришнакумар, Н. Дж. Энгельсен, М. А. Касевич, Science 352, 6293 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aaf3397

[40] Мирхалаф С.С., Нолан С.П., Хайн С.А. // Phys. Ред. А 97, 053618 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.053618

[41] F. Fröwis, P. Sekatski и W. Dür, Phys. Преподобный Летт. 116, 090801 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.090801

[42] SS Szigeti, RJ Lewis-Swan и SA Haine, Phys. Преподобный Летт. 118, 150401 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.150401

[43] J. Huang, M. Zhuang, B. Lu, Y. Ke, and C. Lee, Phys. Ред. А 98, 012129 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.012129

[44] J. Huang, M. Zhuang, and C. Lee, Phys. Ред. А 97, 032116 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.032116

[45] F. Anders, L. Pezzè, A. Smerzi, and C. Klempt, Phys. Ред. А 97, 043813 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.043813

[46] Т. Джейкобсон, arXiv: 0801.1547 (2007 г.).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789812779519_0014
Arxiv: 0801.1547

[47] D. Blas, O. Pujolàs, S. Sibiryakov, Phys. Преподобный Письмо 104, 181302 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.181302

[48] А. А. Унгар, Симметрия 12, 1259 (2020).
https://​/​doi.org/​10.3390/​sym12081259

[49] TP Heavner, SR Jefferts, EA Donley, JH Shirley and TE Parker, Metrologia 42, 411 (2005).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0026-1394/​42/​5/​012

[50] С. Вейерс, В. Гергинов, Н. Немиц, Р. Ли и К. Гиббл, Metrologia 49, 82 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0026-1394/​49/​1/​012

[51] B. Wu, ZY Wang, B. Cheng, QY Wang, AP Xu and Q. Lin, J. Phys. Летучая мышь. Мол. Опц. физ. 47, 015001 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-4075/​47/​1/​015001

[52] Е.Б. Александров, Phys. скр., 2003, 27 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1238 / Physica.Topical.105a00027

[53] SJ Seltzer, PJ Meares и MV Romalis, Phys. Ред. А 75, 051407(R) (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.051407

[54] K. Jensen, VM Acosta, JM Higbie, MP Ledbetter, SM Rochester, and D. Budker, Phys. Ред. А 79, 023406 (2009 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.023406

[55] G. Tóth and I. Apellaniz, J. Phys. А: Математика. Теор. 47, 424006 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​47/​42/​424006

[56] Р. Демкович-Добжанский, М. Яржина и Й. Колодыньский, Прогресс в оптике, под редакцией Э. Вольфа (Elsevier, Vol. 60, 2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / bs.po.2015.02.003

[57] L. Pezzé, A. Smerzi, Phys. Rev. Lett. 102, 100401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.100401

[58] P. Hyllus, L. Pezzé и A. Smerzi, Phys. Преподобный Летт. 105, 120501 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.120501

[59] J. Huang, S. Wu, H. Zhong, and C. Lee, Annu. Преподобный Холодный Ат. Мол. 2, 365 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789814590174_0007

[60] С.Л. Браунштейн и пещеры С.М. // Физ. Мезомех. Rev. Lett. 72, 3439 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.72.3439

[61] В. Джованнетти, С. Ллойд и Л. Макконе, Science 306, 1330 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1104149

[62] В. Джованнетти, С. Ллойд и Л. Макконе, Nature Photon 5, 222 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2011.35

[63] Дж. Г. Бонет, Б. С. Сойер, Дж. В. Бриттон, М. Л. Уолл, А. М. Рей, М. Фосс-Фейг и Дж. Дж. Боллинджер, Science 352, 1297 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aad9958

[64] З. Чжан и Л.-М. Дуан, физ. Преподобный Летт. 111, 180401 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.180401

[65] Y. Zou, L. Wu, Q. Liu, X. Luo, S. Guo, J. Cao, M. Tey и L. You, Proc Natl Acad Sci USA 201, 7151 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1715105115

[66] X. Luo, Y. Zou, L. Wu, Q. Liu, M. Han, M. Tey и L. You, Science 355, 620 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aag1106

[67] S. Guo, F. Chen, Q. Liu, M. Xue, J. Chen, J. Cao, T. Mao, MK Tey и L. You, Phys. Преподобный Летт. 126, 060401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.060401

[68] DM Stamper-Kurn and M. Ueda, Rev. Mod. физ. 85, 1191 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.85.1191

[69] M. Gabbrielli, L. Pezzè, and A. Smerzi, Phys. Преподобный Летт. 115, 163002 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.163002

[70] Т. Хо, Phys. Преподобный Летт. 81, 742 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.742

[71] T.Ohmi and K.Machida, J. Phys. соц. Япония. 67, 1822 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.67.1822

[72] Э. Дэвис, Г. Бентсен и М. Шлейер-Смит, Phys. Преподобный Летт. 116, 053601 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.053601

[73] T. Macrì, A. Smerzi, and L. Pezzè, Phys. Ред. А 94, 010102 (2016 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.010102

[74] SP Nolan, SS Szigeti и SA Haine, Phys. Преподобный Летт. 119, 193601 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.193601

[75] L. Pezzé, A. Smerzi, Phys. Rev. Lett. 110, 163604 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.163604

[76] M. Zhuang, J. Huang, and C. Lee, Phys. Приложение № 16, 064056 (2021 г.).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.16.064056

[77] H. Xing, A. Wang, QS Tan, W. Zhang, and S. Yi, Phys. Ред. А 93, 043615 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.043615

Цитируется

Не удалось получить Перекрестная ссылка на данные во время последней попытки 2022-11-14 13:13:07: Не удалось получить цитируемые данные для 10.22331 / q-2022-11-14-859 от Crossref. Это нормально, если DOI был зарегистрирован недавно. На САО / НАСА ADS Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2022-11-14 13:13:08).

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал