[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一项桌面实验，通过磁悬浮和与量子电路的相互作用，实现微米级超导球体的量子干涉，从而实现约0.5 μm的空间叠加。该方案用于检验引力诱导退相干的Diósi-Penrose模型，在引力能量尺度相关的领域中具有潜在的证伪可能性。

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.

研究动机与目标

• 展示一种利用磁悬浮微球实现宏观量子叠加的可行桌面实验。
• 研究引力能量尺度在量子退相干中的作用。
• 检验无参数的Diósi-Penrose引力诱导退相干模型。
• 通过磁势场和量子电路实现快速、无源的量子干涉。

提出的方法

• 利用静态磁势场将微球体磁悬浮于超导芯片上方。
• 通过与量子电路的受控相互作用，将球体质心制备为约0.5 μm范围的空间叠加态。
• 与量子电路的相互作用短暂且具有投影性，从而实现快速、无源的量子干涉。
• 系统运行在引力能量尺度变得显著的参数区域。
• 磁势场被设计为在保持相干性的同时，实现与量子系统的受控耦合。
• 该方案避免了外部机械或光学控制，而是依赖于内在的磁性和超导特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅通过磁相互作用和量子电路相互作用，将微米级超导球体制备为约0.5 μm范围的空间量子叠加态？
• RQ2 Diósi-Penrose引力诱导退相干模型是否在此实验设置中预测出可观测效应？
• RQ3 该桌面实验能否明确证伪无参数的引力诱导退相干模型？
• RQ4 引力能量尺度如何影响宏观量子系统中的退相干？
• RQ5 磁悬浮和超导电路在实现快速、无源量子干涉中起到何种作用？

主要发现

• 质量大于等于10^13原子质量单位的微球体，可被制备为宽度约为0.5 μm的空间叠加态。
• 该方案通过与量子电路的瞬时相互作用实现快速、无源的量子干涉，避免了主动控制。
• 实验运行在引力能量尺度显著的区域，使其对引力诱导退相干模型高度敏感。
• 该设置可明确证伪无参数的Diósi-Penrose引力诱导退相干模型。
• 磁悬浮与超导电路可实现对微球体质心的稳定、相干操控。
• 由于干涉协议的无源特性，系统的抗环境噪声能力较强。