[論文レビュー] Multiparticle correlations in complex scattering and the mesoscopic Boson Sampling problem

Juan Diego Urbina, Jack Kuipers+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2014

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、多体系の量子干渉が非相互作用の同一粒子がミクロな混合的カオス的キャビティを通過する過程でどのように現れるかを調査し、完全な経路列挙を用いて単粒子効果と多体系の区別不能性に起因する効果を分離する。熱力学的極限において、巨大な量子干渉が巨視的で整合的な多体系相関を引き起こすことを示し、ミクロ的位相破壊を含むフレームワークを拡張することで、光学的設定におけるボソンサンプリング問題について新たな知見を提供する。

ABSTRACT

We consider the many-body scattering of non-interacting identical particles in mesoscopic chaotic cavities. A complete enumeration of all interfering paths allows us to discriminate single-particle effects from many-body interference due to quantum indistinguishability. In the thermodynamic limit of large particle number massive quantum interference results in a macroscopic, coherent manifestation of many-body correlations. We also incorporate mesoscopic dephasing, present even when the particles scatter simultaneously. Under further simplifications characteristic for optical scenarios, our methods can be used to address open issues related to the Boson Sampling problem.

研究の動機と目的

• 非相互作用粒子のカオス的ミクロ系における量子的区別不能性の役割を理解すること。
• 量子統計に起因する真の多体系干渉と単粒子効果を区別すること。
• 多数の粒子数における熱力学的極限において巨視的で整合的な相関がどのように出現するかを分析すること。
• 同時に発生する散乱事象でさえも残存するミクロ的位相破壊効果を組み込むこと。
• フレームワークを光学的状況に適応させ、ボソンサンプリング問題における未解決問題を扱うこと。

提案手法

• 散乱過程におけるすべての干渉経路の完全な列挙を用いて、多体系干渉寄与を分離する。
• 正確な組み合わせ的列挙に依存し、単粒子振幅と多体系干渉項を分離する。
• ミクロ的位相破壊を含む分析を拡張し、散乱振幅のコヒーレンスに影響を与える。
• 光学的設定に典型的な仮定の下でフレームワークを簡略化し、ボソンサンプリング問題への応用を可能にする。
• 同一粒子の量子統計的性質を活用して、整合的な多体系相関をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カオス的ミクロ的キャビティにおける多数の粒子数の熱力学的極限で、多体系干渉効果はどのように現れるか？
• RQ2 区別不能性に起因する真の多体系量子干渉と単粒子効果をどの程度まで分離できるか？
• RQ3 ミクロ的位相破壊は、同時に発生する散乱における多体系相関のコヒーレンスと構造にどのように影響するか？
• RQ4 提案されたフレームワークは、光学的条件下でボソンサンプリング問題における未解決問題をどのように解決するか？

主な発見

• 熱力学的極限において、巨大な量子干渉が単粒子散乱に見られない巨視的で整合的な多体系相関を引き起こす。
• 完全な経路列挙法により、多体系干渉を単粒子寄与から明確に分離でき、正確な識別が可能である。
• ミクロ的位相破壊は、同時に発生する散乱でさえも関係する要因であることが示され、多体系状態のコヒーレンスに影響を与える。
• 現実的な位相破壊効果を組み込むことで、フレームワークが光学的状況におけるボソンサンプリング問題を体系的に研究する手法を提供する。