Macroscopic QED - concepts and applications
在这篇文章中,我们回顾了宏观量子电动力学的原理,并讨论了该理论在介质辅助原子-场耦合和色散力中的各种应用。该理论概括了自由空间中电磁场的标准模式展开,以允许吸收体的存在。我们表明,宏观量子电动力学提供了孤立的原子系统和磁电体之间的联系,并作为一个重要的工具,为理解表面辅助原子弛豫效应和密切相关的位置依赖的能量转移,引起卡西米尔-波尔德和范德华力。
2009-02-20 quant-ph
Probing atoms and molecules close to macroscopic bodies
该教授资格论文总结了作者在片上集成原子源制备、近场Casimir-Polder相互作用温度特性验证、纳米结构原子蒸气光谱基准研制及近表面分子气体光谱实验可行性探索方面的研究进展。
2023-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Dispersion forces in macroscopic quantum electrodynamics
在线性、色散和吸收介质中的宏观量子电动力学框架内对色散力的描述结合了基于标准量子电动力学的正常模式技术的方法和基于线性响应理论的方法的优点。它给出了物体间的力和物体存在时作用在原子上的力的普遍有效的表达式,同时非常清楚地表明了不同类型的色散力之间的密切关系。通过考虑例子,各种因素,如形状,大小,电和磁的属性,或干预介质上的力的影响进行了处理。由于基于宏观量子电动力学的方法不仅适用于平衡系统,它可以用来研究动力学效应,如任意激发原子上的力的时间演化。
2007-06-12 quant-ph
Casimir stress inside planar materials
目前的理论能够预测宏观物体之间的卡西米尔力,其精度仅受材料参数知识的限制。然而,令人惊讶的是,经过近70年的研究,虽然理论描述了物体之间的卡西米尔力,但宏观物体内部的力却知之甚少。本文从物理直观的图象出发,发展了非均匀平面介质中Casimir应力的宏观理论。我们的结果与文献[T. G. Philbin等人,Ann.Phys.(New York)325,579(2010)],为一个迄今为止只在数值上进行过检验的猜想提供了数学和物理上的证明。我们的理论很可能是可扩展的,它可能为计算任意材料内部的卡西米尔力打开大门。
2017-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Casimir force acting on magnetodielectric bodies embedded in media
在宏观量子电动力学的框架内,Casimir力作用于线性和因果响应的磁介电体,可以嵌入到另一个线性和因果磁介电介质的一般表达式推导。与微观谐振子模型的问题的一致性。该理论适用于平面结构和适当的推广Casimir的和Lifshitz型公式。
2005-01-04 quant-ph
Scalar-Mediated Quantum Forces Between Macroscopic Bodies and Interferometry
本文提出物质守恒下有限的标量介导量子功与量子力计算框架,并指出短臂原子干涉仪可用于竞争性搜索轻标量粒子。
2023-07-24 hep-ph hep-th quant-ph
A microscopic approach to Casimir and Casimir-Polder forces between metallic bodies
我们考虑了金属纳米颗粒和金属板之间的Casimir-Polder相互作用能,以及两个宏观金属板之间的Casimir相互作用能,根据它们的组分之间的多体色散相互作用。两个和三体之间的真实金属的微观部分的色散相互作用的表达式首次获得,无论是在延迟和非延迟的限制。然后,这些表达式被用来评估,相互比较,整体的两个和三个身体的贡献宏观Casimir-Polder和Casimir力,通过总结的贡献,从微观成分的机构(金属纳米粒子),两种几何形状:金属纳米粒子/半空间和半空间/半空间,其中所有的材料都假定为完美的导体。在纳米粒子/半空间的情况下,我们的结果完全同意,可以从相应的宏观结果中提取的,并明确显示的成对近似的几何形状考虑的不适用性。在这两种情况下,我们发现,虽然整体的两体贡献产生的吸引力,整体的三体贡献是排斥力。此外,它们原来是相同的顺序,一致的成对近似的已知的不适用性。对多体展开式的收敛速度问题也作了简要的讨论。
2015-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Casimir force on amplifying bodies
基于宏观QED的统一方法,考虑到在有限的空间和频率范围内的放大效应,我们研究了Casimir力作为洛伦兹力作用在线性局部响应(各向同性)磁电体的任意部分放大系统上.我们证明,在一个弱极化/磁化放大对象在存在一个纯粹的吸收环境中的力可以表示为一个总和超过Casimir-波尔德力的激发原子内的身体。作为例子,计算了由受激原子的稀气体组成的平板与理想镜面之间的共振力。
2009-02-23 quant-ph
Quantum randomness emerging under gravitational nonlinearity
一个方案概述了量子测量,假设自我维持的经典性是一个有吸引力的引力自相互作用的结果,大质量的机构,和随机性已经出现在经典领域。一个简单的可解模型被用来证明小量子系统以平均场的方式影响大量子系统,为玻恩概率规则提供了一条自然的途径。
2002-04-08 quant-ph
A Model of Macroscopic Geometrical Uncertainty
本文提出了一个模型量子系统,用以描述大尺度下的大质量物体在平坦空间中的位置态,它不包括所有标准的量子自由度和引力自由度。该模型基于标准的量子自旋算符,算符被解释为位置而不是自旋,普朗克尺度长度$\ell_P$代替普朗克常数$\hbar$。代数是用来推导一个新的量子几何不确定性的方向,与方差由$\langle Δθ^2\rangle = \ell_P/L$在分离$L$,占主导地位的标准量子位置大于普朗克质量的机构的不确定性。该系统是离散的和全息的,并且如果换位子系数取精确值$\ell_P= l_P/\sqrt{4π}$,则与引力熵一致,其中$l_P\equiv \sqrt{\hbar G/c^3}$表示标准普朗克长度。提出了一种物理解释,连接运营商的经典位置在宏观极限的属性:近似局域性和因果关系出现在宏观系统中,如果多个机构的位置状态纠缠的接近。该解释预测了具有时间尺度$τ\approx L/c$上的方差$\langle Δθ^2\rangle $的相干方向波动,其导致相邻干涉仪之间的信号中的精确可预测的相关性。有人认为,这样的信号可以提供令人信服的证据普朗克尺度量子几何,即使在没有一个完整的动力学或基本理论。
2014-12-04 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum optomechanics of lossy bodies: general approach and structured squeezed vacuum effects
CNR-SPIN(意大利国家研究委员会自旋物理研究所)
本文研究了在自由空间中外部量子照明下宏观耗散体所经历的总体光学力学力,通过改进的朗之万噪声公式推导了非平衡情况下麦克斯韦应力张量的时间平均期望值,展示了通过驱动散射场使用各向异性多模压缩真空态可产生非经典力。
2026-04-07 quant-ph
Detecting macroscopic quantum coherence with a cavity optomechanical system
近年来,量子相干性的严格资源框架已经建立,并引起了广泛的兴趣。在这里,我们表明,量子腔光机系统,作为一个新兴的平台,可以表现出一定的量子相干性在宏观尺度上。我们还发现,总的光机相干性与光机相干性之和之差正好等于它们的互信息。受光机纠缠探测的启发,提出了一种实验上可行的探测光机相干性的方案。
2016-10-20 quant-ph
Casimir-Lifshitz interaction between bodies integrated in a microelectromechanical/nanoelectromechanical quantum damped oscillator
Osipyan Institute of Solid State Physics RAS(俄罗斯科学院奥西皮扬固体物理研究所)
本文提出了一种理论,用于描述在宏观量子阻尼振荡器中嵌入的物体之间出现的类似Casimir力的分量,并展示了欧姆近似在扩展到电气电路中波动诱导力的集中元件描述中的重要性。
2026-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Detecting continuous spontaneous localisation with charged bodies in a Paul trap
连续自发局域化(英语:Continuous spontaneous localisation,CSL)是一种模型,它捕捉了量子理论的一类扩展的影响,这些扩展预计将由量子引力产生,并且是这样的,波函数坍缩是一个物理过程。这样一个过程的速率可能比迄今为止通过搜索设定的上限低得多,但仍然大大修改了量子力学的解释,解决了量子测量问题。因此,实验试图探索这一点。我们描述了一个实验,有可能延长CSL的灵敏度的许多数量级。该方法是检测加热的带电宏观物体的运动限制在保罗陷阱。讨论了检测方法和主要噪声源。我们发现,CSL与标准参数可以观察到使用振动隔离离子阱的大小为1厘米,在超低压,光学干涉检测。
2016-05-06 quant-ph
Theory of Quantum Friction
在这里,我们发展了一个全面的量子理论的量子摩擦现象。基于不稳定系统的宏观量子电动力学理论,我们计算了摩擦力的量子期望,并将摩擦效应与切伦科夫效应相关的系统不稳定性的出现联系起来。这些不稳定性可能会发生由于杂交的特定的导模支持的个别移动体,和选择规则的相互作用模式的推导。证明了即使相互作用体是无损耗的、由非色散介质构成的,也会发生量子摩擦效应。
2014-06-09 quant-ph
Modified Schödinger dynamics with attractive densities
线性薛定谔方程并没有预言宏观物体应该只位于一个地方。量子力学教科书通常通过引入投影公设来解决这个问题,这迫使在位置测量过程中出现确定的值;也提出了许多其他解释。在这里,本着与GRW和CSL理论相同的精神,我们修改了薛定谔方程,以有效地消除空间中的宏观密度波动。而不是引入的随机动力学的GRW或CSL,我们假设一个确定性的动态,其中包括一个吸引力项的密度在空间中的德布罗意-玻姆位置的粒子。这自动确保了宏观的唯一性,因此状态向量可以被认为是物理实在的直接表示。
2015-06-30 quant-ph
Observation of quantum-measurement backaction with an ultracold atomic gas
目前微机械谐振器的研究致力于对宏观物体运动的量子极限检测。实现这一目标的先决条件是观察到与量子精密测量极限一致的测量反作用。然而,热噪声目前占主导地位的测量和排除基态准备的谐振器。在这里,我们建立了一个超冷原子气体的集体运动,严格限制在法布里-珀罗光学腔作为一个系统,研究宏观物体的量子力学。腔模结构选择一个单一的集体振动模式,该模式由腔的光学性质测量,由腔光场驱动,并受到该场的量子力波动的反作用。在实验上,我们通过测量腔内原子系综的腔光致加热来量化这种波动。这些测量代表了在标准量子极限下对宏观机械谐振器的反作用的第一次观察。
2008-04-22 quant-ph
Typicality of thermal equilibrium and thermalization in isolated macroscopic quantum systems
基于热平衡应该通过宏观观测来刻画的观点,我们发展了宏观量子系统中热平衡的典型性和热平衡的途径的一般理论。我们首先用公式表示孤立量子系统中的纯态代表热平衡的概念。然后,通过假设或证明在某些非平凡模型(包括热接触的两体模型)中微正则系综的大偏差型边界(我们称之为热力学边界),证明了表征热平衡是微正则能量壳层中纯态的一个典型性质.我们相信,这种典型性,以及统计力学在经验上的成功,为均衡统计力学提供了一个合理的理由。我们还建立了两种不同假设下的热平衡的方法,一个是初始状态有一个温和的能量分布,另一个是能量本征态热化假设。
2016-03-24 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Quantization of the Electromagnetic Field in Non-dispersive Polarizable Moving Media above the Cherenkov Threshold
本文研究了以可能超过切伦科夫阈值的恒速运动的非色散极化体系统中的宏观电磁场。结果表明,量子化系统一般是不稳定的,既没有基态,也不支持定态。量子化的哈密尔顿算子被写成与正频率和负频率相关联的量子谐振子,使得与对称频率相关联的谐振子通过不保持量子占据数的相互作用项耦合。此外,在线性区域中,只要运动物体的速度被强制为恒定,场的振幅可以无限制地增长。这需要施加有效泵送系统的外部机械力。
2013-10-03 quant-ph
Macroscopic Quantum Entanglement of a Kondo Cloud at Finite Temperature
基于纠缠见证算符,提出了一种计算多体混合态宏观纠缠的变分方法,并计算了有限温度下单通道和双通道近藤系统的形成纠缠(EoF),即纠缠熵的混合态推广. EoF的热抑制在低温下服从幂律标度。标度指数减半,从单通道到双通道系统,这是由于,使用玻色化方法,非费米液体行为的马约拉纳费米子,一个“半”的复杂费米子,出现在双通道系统。此外,EoF表征的单通道系统的近藤屏蔽云的大小和幂律尾。
2015-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
A coherence method generating macroscopic quantum features using polarization-basis control and its projection measurements of laser light
本文提出纯相干方法,通过偏振基控制和线性光学投影测量,使常规激光的正交偏振光对具备不可区分性,从而产生宏观量子特征并揭示 Bell 态所需的固定相位条件。
2024-10-02 quant-ph
Quantum Geometry and Interferometry
所有现有的实验结果目前解释使用经典几何。然而,有理论上的理由怀疑,在更深的层次上,几何学作为普朗克尺度下量子系统的近似宏观行为而出现。如果突现量子几何中的方向不对易,新的量子几何自由度可以产生可检测的宏观偏离经典:空间相干,任何一对世界线之间的横向位置不确定性,位移幅度远大于普朗克长度。分离物体的位置相互纠缠,并经历量子几何波动,这些波动不能用度规波动或引力波来描述。这些波动既可以清楚地识别,也可以使用干涉仪排除。费米实验室正在进行一项实验室尺度上的时空经典相干性的普朗克精度测试。
2012-08-17 gr-qc quant-ph
Quantum Chaos and Quantum-Classical Correspondence
在接近宏观极限的情况下,研究了经典混沌模型的量子动力学。量子预测进行了比较,并与牛顿和刘维尔力学的经典预测。在这两种经典理论的情况下,详细分析了最佳量子-经典对应的时域标度。在这两种情况下,可观测量的对应关系被证明是打破了一个时间尺度上,增加非常缓慢(crummically)随着系统的大小。在量子刘维尔对应的情况下,这样短的时间尺度并不意味着对应的崩溃,因为在这个时间尺度上达到的最大量子刘维尔差异随着系统大小的增加而迅速减少(作为逆幂)。因此,混沌动力学的统计特性,如预期的那样,在宏观极限下,很好地描述了量子理论。相比之下,在对数时间尺度上达到的最大量子牛顿差异实际上与系统大小成比例地增加。由于哈密顿量的不变性对时变混沌坐标施加了函数约束,因此可以证明,如果量子预测被认为描述了单个混沌系统的坐标,那么它们也预测了运动的任何运动学或动力学常数的宏观违反。混沌系统的这些结果表明,一个有效的描述个别宏观机构的时变特性是不可用的标准解释框架内的量子理论。
2002-11-07 quant-ph
Manipulating the Coulomb interaction: A Green's function perspective
我们提出了一个统一的框架,用于研究库仑相互作用在任意环境中使用宏观量子电动力学的电磁格林函数的基础上。我们的理论可以用来推导单个带电粒子的库仑势,也可以用来推导任意形状的介质、物体和界面中两个电荷之间的库仑势。为了证明这一点,我们重现了著名的屏蔽库仑力,占局部场效应,并考虑新的情况下,如一个电介质腔和导电板与孔。
2017-05-18 quant-ph
The Quantum Mechanics of Hyperion
本文的动机是建议[W. Zurek,Physica Scripta,T76,186(1998)]认为,如果没有环境退相干的影响,卫星轨道的混沌翻滚将在20年内变得非经典。量子和经典的概率分布的动力学进行了比较的卫星旋转垂直于其轨道平面,驱动的引力梯度。该模型进行了研究和没有环境退相干。在没有退相干的情况下,其平均角动量标度的最大量子-经典(QC)差异对于混沌态为hbar^{2/3},对于非混沌态为hbar ^2,导致对于宏观物体(如θ)的QC差异可以忽略不计。量子概率分布并不平滑地接近它们的经典极限,在平滑的经典背景上叠加了一个非常精细的振荡结构。对于一个宏观物体,这种振荡结构太精细,无法通过任何实际测量来分辨。少量的平滑(由于设备的有限分辨率)或非常少量的环境退相干足以确保经典极限。在退相干下,概率分布中的QC差异按比例缩放为(hbar ^2/D)^{1/6},其中D是动量扩散参数。我们的结论是,退相干是不是必不可少的解释宏观机构的经典行为。
2005-03-21 quant-ph
Quantum rotations of nanoparticles
微尺度刚体的旋转表现出明显的量子现象,而这些现象在其质心运动中不存在。通过在超高真空中悬浮纳米颗粒,研究人员正在开发一个有前途的平台,用于在未探索的质量和尺寸范围内观察和利用这些量子效应。最近的实验和理论突破证明了对纳米级旋转的精确控制,为旋转叠加的第一次桌面测试和下一代超精密扭矩传感器奠定了基础。在这里,我们回顾了最先进的实验状态,并讨论了有前途的宏观量子旋转的路线。
2021-03-25 quant-ph
The Reality of Casimir Friction
超过35年的时间里,理论家们一直在研究量子或卡西米尔摩擦,当两个光滑的物体相互横向移动时,会发生这种摩擦,由于量子电磁涨落而产生摩擦耗散力,这打破了时间反演对称性。这些力通常非常小,除非物体几乎接触,因此从未观察到这种效应,尽管横向卡西米尔力已被观察到波纹表面。部分由于缺乏与现象的联系,平行板之间或可极化原子与金属板之间的摩擦力的理论预测差异很大。在这里,我们回顾了这些计算的历史,表明理论共识正在形成,并提供了一些希望,它可能是实验证实这种现象的耗散量子电动力学。
2016-04-28 hep-th quant-ph
Gravitationally induced transition to classical behavior above 10^10 proton masses
在不使用任何唯象常数的情况下,得到了由引力引起的物质块质心运动的定域长度。它对质量和体积的依赖性既与微观粒子的幺正演化相一致,又与解释量子测量中波函数坍缩所需的宏观物体的经典行为相一致,两种状态之间的过渡相当尖锐。非相对论性物质的引力相互作用由具有消失的π介子质量的汤川哈密顿量建模,不需要引力背景,唯一的假设包括假设物质和汤川场之间的非纠缠。
2000-07-20 quant-ph
Wave packet propagation and the materialization of classical trajectories
传播到宏观空间和时间坐标的无束缚波包在较早的时候与它们的(傅里叶变换)动量分布成比例,由此渐近坐标和初始动量在任何地方都由适当的经典轨迹连接。这一渐近成像定理适用于每一个涉及宏观提取和检测从微观体积中出现的碎片的量子反应。证明了在设计粒子探测器时通常采用的经典粒子运动假设是正确的。我们以一维波包的自由传播为例来说明这种量子到半经典的转变,这是量子力学入门讲座中处理的一个标准问题。我们指出适合更高级讨论的概括。
2022-07-27 quant-ph
The robustness of a many-body decoherence formula of Kay under changes in graininess and shape of the bodies
在"牛顿量子引力中宏观封闭系统的退相干"(Kay B S 1998 Class.量子重力15 L 89-L98)有人认为,给定多体薛定谔波函数,x_N),考虑量子引力效应,然后在引力场上追踪,等于乘以位置空间密度矩阵ρ(x_1,. x_N; x_1',...,x_N')= n(x_1,...,x_N)n *(x_1 ',...,x_N ')乘以乘法因子,如果位置{x_1,...,x_N; x_1',...,x_N '}都比R彼此远离得多,可以很好地近似为((|x_K-x_K'|/R)(|x_I'-x_J|| x_I-x_J'|/|x_I-x_J|| x_I '-x_J'|))^{-24M^2}.这里我们证明,如果每个均匀质量的球被一个颗粒状的球或由n个质量为m、半径为r的均匀分布的小球组成的类似大小的更一般形状的块所代替,并且在上述公式中,R被r代替,M被m代替,并且乘积在所有小球的所有Nn个位置上取,则通过用新值R_eff替换原始公式中的R来很好地近似结果。这表明,原始公式将普遍适用于物理上现实的块状物--无论是具有颗粒的普通物质的宏观块状物,原子核等,还是具有自己的(量子)颗粒状子结构的原子核本身--只要R被适当地选择。对于一个由n=(2L+1)^3个半径为r的小球(L > 0)组成的立方体块,其中心位于一个间距为a(假定远大于2 r)、边长为2La的立方体晶格的顶点,我们建立…
2006-01-27 gr-qc quant-ph
Macroscopic electron quantum coherence in a solid-state circuit
电子准粒子的量子相干性支撑了许多新兴的小尺度导体输运性质。量子光学器件的新型电子实现现在可用于“飞行”量子比特操纵等方面。然而,导体中的电子量子干涉到目前为止仍然限于传播路径短于$30\,μ$ m,与材料无关。在这里,我们展示了强大的电子量子干涉后,沿两个$0.1\,$毫米长的路径在电路中的传播。在马赫-曾德尔干涉仪的电子模拟物上观察到$80\%$和$40\%$一样高的可见度的干扰,分别为$24\,μ$ m和$0.1\,$ mm臂长,始终对应于$0.25\,$ mm电子相位相干长度。虽然这种器件在填充因子为2的整数量子霍尔机制中表现最好,但电子干扰受到共同传播边缘通道之间的库仑相互作用的限制。我们通过在冻结内部自由度的微米级循环中关闭内部通道来克服这种限制,并结合闭环策略,提供与环境的基本隔离。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pathways toward understanding Macroscopic Quantum Phenomena
宏观量子现象是指“大”尺寸物体、具有许多组成部分或自由度的系统中的量子特征,其组织方式使它们可以被识别为宏观物体。这一新兴领域是由超导、机电系统、玻色-爱因斯坦凝聚体等几类确定性实验所开创的。然而,这个在量子和统计物理学基础上充满开放问题的新领域仍然很少在理论上探索[1]。本次演讲总结了我们试图系统研究其基础的想法,最终揭示或建立一个可行的理论框架。在三篇预期的论文中讨论的三个主要主题是大N展开[2],关联层次[3]和量子纠缠[4]。我们给出了前两个主题的草图,然后讨论了在考虑宏观和量子的几个关键问题,即:a)认识到,在一个复合体中存在许多“结构层次”的特征在于集体变量。宏观物体的量子特征可以通过理解这些集体变量的功能来捕获; b)“量子纠缠”,一种独特的量子特征[5],已知在某些条件下会持续到高温[6]和大尺度[7],并且实际上可能会随着量子网络中连接性的增加而减少[8]。在这里,我们使用纠缠作为量子性的度量,并挑选出这些有些违反直觉的例子,以表明有值得我们关注的盲点和我们需要更深入分析的问题。我们的目的是试图消除量子只属于微观的耻辱,以便为更深入地探索宏观系统的量子特征表现的条件铺平道路。
2013-04-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum mechanics as a solution to the classical self-force problem
本文论证经典电动力学无法推出普遍的自力修正,而量子力学波动方程能提供普遍形式,并推测其同样适用于宏观物体的辐射修正。
2024-02-11 math-ph math.MP physics.class-ph