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用于大量子叠加态的自由纳米物体拉姆齐干涉测量法。

Free Nano-Object Ramsey Interferometry for Large Quantum Superpositions.

作者信息

Wan C, Scala M, Morley G W, Rahman Atm A, Ulbricht H, Bateman J, Barker P F, Bose S, Kim M S

机构信息

QOLS, Blackett Laboratory, Imperial College London, London SW7 2BW, United Kingdom.

Department of Physics, University of Warwick, Gibbet Hill Road, Coventry CV4 7AL, United Kingdom.

出版信息

Phys Rev Lett. 2016 Sep 30;117(14):143003. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.143003. Epub 2016 Sep 28.

DOI:10.1103/PhysRevLett.117.143003
PMID:27740804
Abstract

We propose an interferometric scheme based on an untrapped nano-object subjected to gravity. The motion of the center of mass (c.m.) of the free object is coupled to its internal spin system magnetically, and a free flight scheme is developed based on coherent spin control. The wave packet of the test object, under a spin-dependent force, may then be delocalized to a macroscopic scale. A gravity induced dynamical phase (accrued solely on the spin state, and measured through a Ramsey scheme) is used to reveal the above spatially delocalized superposition of the spin-nano-object composite system that arises during our scheme. We find a remarkable immunity to the motional noise in the c.m. (initially in a thermal state with moderate cooling), and also a dynamical decoupling nature of the scheme itself. Together they secure a high visibility of the resulting Ramsey fringes. The mass independence of our scheme makes it viable for a nano-object selected from an ensemble with a high mass variability. Given these advantages, a quantum superposition with a 100 nm spatial separation for a massive object of 10^{9}  amu is achievable experimentally, providing a route to test postulated modifications of quantum theory such as continuous spontaneous localization.

摘要

我们提出了一种基于受重力作用的未捕获纳米物体的干涉测量方案。自由物体质心(c.m.)的运动通过磁性与其内部自旋系统耦合,并基于相干自旋控制开发了一种自由飞行方案。在自旋相关力的作用下,测试物体的波包随后可能会离域到宏观尺度。利用重力诱导的动力学相位(仅在自旋态上积累,并通过拉姆齐方案测量)来揭示在我们的方案中出现的自旋 - 纳米物体复合系统的上述空间离域叠加。我们发现该方案对质心的运动噪声具有显著的免疫性(初始处于适度冷却的热态),并且该方案本身具有动态解耦的性质。它们共同确保了所得拉姆齐条纹的高可见度。我们方案的质量独立性使得从具有高质量变异性的集合中选择的纳米物体可行。鉴于这些优点,对于质量为(10^{9})  amu的大质量物体,实验上可实现空间分离为100 nm的量子叠加,为测试诸如连续自发定域等量子理论的假设修正提供了一条途径。

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