[論文レビュー] Quantum Interference of a Microsphere

H. Pino, Jordi Prat‐Camps+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2016

Quantum Mechanics and Applications被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、磁気浮上と量子回路との相互作用を用いてマイクロサイズの超伝導球の量子干渉を実現する卓上実験を提案し、約0.5 μmの空間的重ね合わせを達成する。この方式は重力誘発デコherenceのDiósi-Penroseモデルを検証でき、重力的エネルギースケールが関与する領域で誤りの可能性を示す可能性を有する。

ABSTRACT

We propose and analyze an all-magnetic scheme to perform a Young's double slit experiment with a micron-sized superconducting sphere of mass $ \gtrsim 10^{13}$ amu. We show that its center of mass could be prepared in a spatial quantum superposition state with an extent of the order of half a micrometer. The scheme is based on magnetically levitating the sphere above a superconducting chip and letting it skate through a static magnetic potential landscape where it interacts for short intervals with quantum circuits. In this way a protocol for fast quantum interferometry is passively implemented. Such a table-top earth-based quantum experiment would operate in a parameter regime where gravitational energy scales become relevant. In particular we show that the faint parameter-free gravitationally-induced decoherence collapse model, proposed by Di\'osi and Penrose, could be unambiguously falsified.

研究の動機と目的

• 磁気浮上を用いたマイクロスフィアを用いたマクロな量子重ね合わせを実現可能な卓上実験を示すこと。
• 重力的エネルギースケールが量子デコherenceに与える影響を調査すること。
• Diósi-Penroseのパラメータフリーな重力誘発デコherenceモデルを検証すること。
• 磁気ポテンシャル・ランドスケープと量子回路を用いて高速で受動的な量子干渉を実現すること。

提案手法

• マイクロスフィアが静的な磁気ポテンシャル・ランドスケープを介して超伝導チップの上に磁気浮上される。
• スフィアの重心が量子回路との制御された相互作用により、約0.5 μmの広がりを有する空間的重ね合わせ状態に準備される。
• 量子回路との相互作用は短時間かつ射影的であるため、アクティブ制御を避けて高速で受動的な量子干渉が可能となる。
• システムは重力的エネルギースケールが関係するパrameter領域で動作する。
• 磁気ポテンシャル・ランドスケープは、コherencyを維持しつつ量子系への制御された結合を可能にするように設計されている。
• 外部の機械的または光学的制御を避けて、内在的な磁気的および超伝導的性質に依存する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気的および量子回路との相互作用のみを用いて、マイクロサイズの超伝導スフィアを約0.5 μmの空間的量子重ね合わせ状態に準備できるか？
• RQ2 Diósi-Penroseの重力誘発デコherenceモデルは、この実験的設定において測定可能な効果を予測するか？
• RQ3 この卓上実験は、パラメータフリーな重力誘発デコherenceモデルを明確に誤りであると示せるか？
• RQ4 重力的エネルギースケールは、マクロな量子系におけるデコherenceにどのように影響するか？
• RQ5 磁気浮上と超伝導回路は、高速で受動的な量子干渉を可能にする役割を果たすか？

主な発見

• 質量 ≳ 10^13 原子質量単位のマイクロスフィアは、約0.5 μmの広がりを有する空間的重ね合わせ状態に準備可能である。
• 量子回路との一時的相互作用により、アクティブ制御を避けて高速で受動的な量子干渉が実現可能である。
• 実験は重力的エネルギースケールが顕著な領域で動作するため、重力誘発デコherenceモデルに敏感である。
• Diósi-Penroseのパラメータフリーな重力誘発デコherenceモデルは、この実験セットアップによって明確に誤りであると示せる。
• 磁気浮上と超伝導回路により、マイクロスフィアの重心の安定的かつコherentlyな操作が可能である。
• 受動的干渉プロトコルの性質により、環境ノイズに対してシステムの設計が頑健である。