Published May 15, 2023 | Version v1
Publication Open

Continuous-Variable Entanglement through Central Forces: Application to Gravity between Quantum Masses

  • 1. Indian Institute of Technology Roorkee
  • 2. Nanyang Technological University
  • 3. Centre for Quantum Technologies
  • 4. National University of Singapore
  • 5. University of Gdańsk
  • 6. Xiamen University Malaysia

Description

We describe a complete method for a precise study of gravitational interaction between two nearby quantum masses. Since the displacements of these masses are much smaller than the initial separation between their centers, the displacement-to-separation ratio is a natural parameter in which the gravitational potential can be expanded. We show that entanglement in such experiments is sensitive to initial relative momentum only when the system evolves into non-Gaussian states, i.e., when the potential is expanded at least up to the cubic term. A pivotal role of force gradient as the dominant contributor to position-momentum correlations is demonstrated. We establish a closed-form expression for the entanglement gain, which shows that the contribution from the cubic term is proportional to momentum and from the quartic term is proportional to momentum squared. From a quantum information perspective, the results find applications as a momentum witness of non-Gaussian entanglement. Our methods are versatile and apply to any number of central interactions expanded to any order.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

وصفنا طريقة كاملة لدراسة دقيقة لتفاعل الجاذبية بين كتلتين كميتين قريبتين. نظرًا لأن إزاحة هذه الكتل أصغر بكثير من الفصل الأولي بين مراكزها، فإن نسبة الإزاحة إلى الانفصال هي معلمة طبيعية يمكن فيها توسيع جهد الجاذبية. نظهر أن التشابك في مثل هذه التجارب حساس للزخم النسبي الأولي فقط عندما يتطور النظام إلى حالات غير غاوسية، أي عندما يتم توسيع الجهد على الأقل حتى المصطلح التكعيبي. يظهر الدور المحوري لتدرج القوة كمساهم مهيمن في ارتباطات المركز والزخم. ننشئ تعبيرًا مغلقًا عن كسب التشابك، مما يدل على أن المساهمة من المصطلح التكعيبي تتناسب مع الزخم ومن المصطلح الرباعي تتناسب مع مربع الزخم. من منظور المعلومات الكمية، تجد النتائج التطبيقات كشاهد زخم على التشابك غير الغاوسي. طرقنا متعددة الاستعمالات وتنطبق على أي عدد من التفاعلات المركزية التي يتم توسيعها إلى أي طلب.

Translated Description (French)

Nous décrivons une méthode complète pour une étude précise de l'interaction gravitationnelle entre deux masses quantiques voisines. Étant donné que les déplacements de ces masses sont beaucoup plus petits que la séparation initiale entre leurs centres, le rapport déplacement/séparation est un paramètre naturel dans lequel le potentiel gravitationnel peut être étendu. Nous montrons que l'enchevêtrement dans de telles expériences n'est sensible à l'élan relatif initial que lorsque le système évolue vers des états non gaussiens, c'est-à-dire lorsque le potentiel est élargi au moins jusqu'au terme cubique. Un rôle pivot du gradient de force en tant que contributeur dominant aux corrélations position-moment est démontré. Nous établissons une expression de forme fermée pour le gain d'intrication, qui montre que la contribution du terme cubique est proportionnelle à la quantité de mouvement et du terme quartique est proportionnelle à la quantité de mouvement au carré. Du point de vue de l'information quantique, les résultats trouvent des applications en tant que témoin dynamique de l'enchevêtrement non gaussien. Nos méthodes sont polyvalentes et s'appliquent à n'importe quel nombre d'interactions centrales étendues à n'importe quel ordre.

Translated Description (Spanish)

Describimos un método completo para un estudio preciso de la interacción gravitacional entre dos masas cuánticas cercanas. Dado que los desplazamientos de estas masas son mucho menores que la separación inicial entre sus centros, la relación desplazamiento-separación es un parámetro natural en el que se puede expandir el potencial gravitacional. Mostramos que el entrelazamiento en tales experimentos es sensible al impulso relativo inicial solo cuando el sistema evoluciona a estados no gaussianos, es decir, cuando el potencial se expande al menos hasta el término cúbico. Se demuestra un papel fundamental del gradiente de fuerza como el contribuyente dominante a las correlaciones posición-momento. Establecemos una expresión de forma cerrada para la ganancia de entrelazamiento, que muestra que la contribución del término cúbico es proporcional al impulso y del término cuártico es proporcional al impulso al cuadrado. Desde una perspectiva de información cuántica, los resultados encuentran aplicaciones como un testigo de impulso del entrelazamiento no gaussiano. Nuestros métodos son versátiles y se aplican a cualquier número de interacciones centrales expandidas a cualquier pedido.

Files

Files (1.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dfb42d876ce3b9f0b9c2261cc375d618
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التشابك المستمر والمتغير من خلال القوى المركزية: التطبيق على الجاذبية بين الكتل الكمية
Translated title (French)
Enchevêtrement continu-variable par les forces centrales : application à la gravité entre les masses quantiques
Translated title (Spanish)
Enredo de variables continuas a través de fuerzas centrales: aplicación a la gravedad entre masas cuánticas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4376958563
DOI
10.22331/q-2023-05-15-1008

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1575385377
  • https://openalex.org/W1792516231
  • https://openalex.org/W1965198243
  • https://openalex.org/W1966675562
  • https://openalex.org/W1970948459
  • https://openalex.org/W1970948880
  • https://openalex.org/W1974106262
  • https://openalex.org/W1984004232
  • https://openalex.org/W1989423765
  • https://openalex.org/W2013338288
  • https://openalex.org/W2028096362
  • https://openalex.org/W2063969587
  • https://openalex.org/W2068029404
  • https://openalex.org/W2074383155
  • https://openalex.org/W2093329327
  • https://openalex.org/W2148053679
  • https://openalex.org/W2153585237
  • https://openalex.org/W2161482522
  • https://openalex.org/W2531034300
  • https://openalex.org/W2739025392
  • https://openalex.org/W2743327202
  • https://openalex.org/W2774772579
  • https://openalex.org/W2808059446
  • https://openalex.org/W2910736691
  • https://openalex.org/W2942782905
  • https://openalex.org/W2949767275
  • https://openalex.org/W2954914737
  • https://openalex.org/W2982932855
  • https://openalex.org/W3034797996
  • https://openalex.org/W3037306418
  • https://openalex.org/W3091905090
  • https://openalex.org/W3103867588
  • https://openalex.org/W3105666049
  • https://openalex.org/W3112520129
  • https://openalex.org/W3159376440
  • https://openalex.org/W3165321170
  • https://openalex.org/W3170531935
  • https://openalex.org/W3201773761
  • https://openalex.org/W3216971353
  • https://openalex.org/W4225284554
  • https://openalex.org/W4281628993
  • https://openalex.org/W4281685229
  • https://openalex.org/W4306983468
  • https://openalex.org/W4367049890