[論文レビュー] Quantum Collect Calling

Robert H. Jonsson, Eduardo Martín-Martínez+1 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2014

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、光より遅い速度で信号が伝播し、送信者から受信者へエネルギーが伝達されない、新しい通信プロトコル「Quantum Collect Calling」を提案する。代わりに、受信者が検出器を活性化するためのエネルギーを供給する。これは、質量のない場の真空揺動と、曲率依存のヒュイヘンスの原理の効果を活用することで、量子場理論の微細な性質を介してエネルギーを消費しない信号伝送を可能にする。

ABSTRACT

We show that it is possible to use a massless field in the vacuum to communicate in such a way that the signal travels arbitrarily slower than the speed of light and such that no energy is transmitted from the sender to the receiver. Instead, the receiver has to supply a signal-dependent amount of work to switch his detector on and off. Because of that, this kind of communication without energy exchange may be called Quantum Collect Calling. This type of communication is related to Casimir-like interactions and it is made possible by dimension ---and curvature--- dependent subtleties of Huygens' principle.

研究の動機と目的

• 送信者と受信者の間でエネルギーのやり取りがなく通信が可能かどうかを検討すること。
• 時空の次元および曲率が、真空場の揺動を介して光より遅い信号伝送を可能にする要因となるかを調査すること。
• 受信者が信号を検出するために必要なエネルギーを供給するメカニズムを提示し、送信者の側にエネルギー中立性をもたらすこと。
• この信号伝送方式をカシミール型の相互作用と結びつけ、量子場理論におけるヒュイヘンスの原理の微細な性質と関連付けること。

提案手法

• 質量のない量子場の真空状態を通信の媒体として利用する。
• 幾何学的および次元的非自明性を持つ時空を介した信号伝送をモデル化し、標準的なヒュイヘンスの原理からの逸脱を活用する。
• 信号に依存する仕事が必要な受信側の検出器の動作を設計し、送信者からのエネルギーに依存しないようにする。
• 因果的構造と波面の挙動に注目しながら、曲がった時空における量子場理論を用いて場の伝播を分析する。
• カシミール型の力と関連づけ、真空揺動が非伝統的な信号伝送を可能にする仕組みを示す。
• 信号の速度が時空の幾何学および場の次元に依存して任意に遅くできる、という事実を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子場理論の枠組みにおいて、送信者から受信者へのエネルギーの純移動なしに通信が可能かどうか。
• RQ2 時空の次元および曲率が、質量のない場の真空において信号の伝播に与える影響は何か。
• RQ3 ヒュイヘンスの原理の破綻が、光より遅い、エネルギーを消費しない信号伝送を可能にする役割は何か。
• RQ4 カシミール型の相互作用を活用して、送信者によるエネルギー放射を必要としない信号伝送メカニズムを構築可能かどうか。
• RQ5 受信者が検出に必要なエネルギーを供給する物理的メカニズムは何か。そのメカニズムは因果律に反しないのか。

主な発見

• 受信者が検出器を動作させるためにエネルギーを供給するため、送信者から受信者へのエネルギー移動がなく通信が可能である。
• 信号は光より遅く伝播し、時空の幾何学および次元に応じて速度を調整可能である。
• このメカニズムは、次元および曲率に依存するヒュイヘンスの原理からの逸脱に依存しており、これが真空中の波面伝播を変化させる。
• このプロトコルは本質的にカシミール型の相互作用と結びついており、非自明な幾何学における真空場の揺動から生じる。
• 送信者はエネルギーを送信しないが、受信者は信号を検出するために仕事を行う必要があるため、量子的な意味で「コール・コレクト」の性質を持つ。
• 古典的仮定におけるエネルギー交換の必要性に反するが、因果律および量子場理論と整合的である。