[论文解读] Loss of coherence of matter-wave interferometer from fluctuating graviton bath

Marko Toroš, Anupam Mazumdar+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2020

Quantum Mechanics and Applications参考文献 47被引用 12

一句话总结

本文研究了物质波干涉仪因与量子引力子浴耦合而引起的退相干，表明通过单顶点费曼图的引力子发射在 𝒪(c⁻²) 阶导致能量-动量守恒的退相位。尽管未产生纠缠，该退相干效应仍极为微弱，对介观物质波干涉仪及通过两个干涉仪纠缠检验量子引力的实验而言可忽略不计。

ABSTRACT

In this paper we consider non-relativistic matter-wave interferometer coupled with a quantum graviton bath $\mathord{-}$ and discuss the loss of coherence in the matter sector due to the matter-graviton vertex. First of all, such a process does not lead to any entanglement, but nonetheless the on-shell scattering diagram can lead to loss of coherence as we will show. Importantly, we will show that graviton emission is the only one-vertex Feynman-diagram $\sim\sqrt{G}$ which is consistent with the conservation of energy and momentum at the dominant order $\sim\mathcal{O}(c^{-2})$. We will find that the resulting dephasing is extremely mild and hardly places any constraints on matter-wave interferometers in the mesoscopic regime. In particular, the show that the corresponding loss of coherence in the recently proposed experiment which would test quantum aspects of graviton $\mathord{-}$ via entanglement of two matter-wave interferometers $\mathord{-}$ is completely negligible.

研究动机与目标

• 分析非相对论性物质波干涉仪与量子引力子浴耦合对其相干性的影响。
• 确定此类耦合是否导致纠缠或仅引起退相位。
• 评估在物质波干涉测量实验中观测量子引力效应的可行性。
• 评估在涉及引力子与物质的唯一一致的单顶点费曼图中，于 𝒪(c⁻²) 阶下退相干的强度。

提出的方法

• 将物质波干涉仪建模为通过物质-引力子顶点与量化引力子浴耦合的量子系统。
• 使用微扰量子场论，通过实壳散射图计算退相干的主导贡献。
• 识别在 𝒪(c⁻²) 阶下唯一满足能量与动量守恒的单顶点费曼图，即引力子发射。
• 应用密度矩阵形式化计算物质区域的退相干速率。
• 评估所得退相位速率并与介观系统中的实验灵敏度量级进行比较。
• 评估该过程对近期提出的一种旨在通过两个干涉仪纠缠检验引力量子特性的实验的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 与量子引力子浴耦合是否会在物质波干涉仪中导致物质与引力子之间的纠缠？
• RQ2 在 𝒪(c⁻²) 阶下，唯一满足能量与动量守恒的引力子与物质的单顶点费曼图是什么？
• RQ3 该过程在物质区域引起的退相干效应有多强？
• RQ4 这种引力子引起的退相干是否可在介观物质波干涉仪中被探测到？
• RQ5 该退相干速率是否足够显著，从而影响通过干涉仪纠缠检验量子引力的实验？

主要发现

• 在 𝒪(c⁻²) 阶下唯一满足能量与动量守恒的单顶点费曼图是引力子发射。
• 尽管未产生纠缠，该过程仍导致物质区域中非零的退相位速率。
• 由此产生的退相位效应极为微弱，在介观物质波干涉仪中可忽略不计。
• 退相干速率过小，无法对当前或近期的物质波干涉测量实验施加任何可观测约束。
• 在旨在通过两个干涉仪纠缠检验引力子量子特性的实验中，该退相位效应完全可忽略。
• 在该阶次下不存在其他满足守恒定律的单顶点图，从而确认引力子发射是主导来源的唯一性。