[论文解读] 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 4

一句话总结

本文通过完整路径枚举，研究了非相互作用全同粒子在介观混沌腔中的多体量子干涉，以分离单粒子效应与多体不可区分性效应。在热力学极限下，它表明大规模量子干涉导致宏观的、相干的多体关联，并将其框架扩展至包含介观退相干，为光学设置中的玻色抽样问题提供了新见解。

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.

研究动机与目标

• 理解量子不可区分性在混沌介观系统中非相互作用粒子多体散射中的作用。
• 区分单粒子效应与由量子统计引发的真实多体干涉效应。
• 分析在大粒子数热力学极限下宏观相干关联的出现机制。
• 纳入即使在同时散射事件中仍持续存在的介观退相干效应。
• 将该框架适配至光学场景，并解决玻色抽样问题中的开放问题。

提出的方法

• 采用散射过程中所有干涉路径的完整枚举，以隔离多体干涉贡献。
• 该方法依赖于精确的组合枚举，以分离单粒子振幅与多体干涉项。
• 分析被扩展以包含影响散射振幅相干性的介观退相干。
• 在典型光学设置的假设下对框架进行简化，使其可应用于玻色抽样问题。
• 该方法利用全同粒子的量子统计特性，以模拟相干多体关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 在混沌介观腔中，大粒子数的热力学极限下，多体干涉效应如何表现？
• RQ2 由于不可区分性，单粒子效应在多大程度上可与真实的多体量子干涉分离？
• RQ3 介观退相干在同时散射中如何影响多体关联的相干性与结构？
• RQ4 所提出的框架在光学条件下在多大程度上解决了玻色抽样问题中的开放问题？

主要发现

• 在热力学极限下，大规模量子干涉导致宏观的、相干的多体关联，而这些关联在单粒子散射中并不存在。
• 完整的路径枚举方法成功地将多体干涉与单粒子贡献分离，实现了精确的区分。
• 介观退相干即使在同时散射中也被证明是重要因素，影响多体态的相干性。
• 该框架通过整合现实的退相干效应，为在光学设置中系统研究玻色抽样问题提供了有效途径。