Decoherence induced by stochastic noise in matter-wave interferometers for gravity experiments
Getuigeverlies in materiegolfinterferometers
Robuustheid is een kritieke uitdaging voor materiegolfinterferometers. In echte experimenten ontstaan verschillende bronnen van klassieke ruis door mechanische trillingen, seismische bewegingen, inertiële krachten, getijdenkrachten, fluctuaties van het magnetisch veld enzovoort. Deze ruis kan de spin- en ruimtelijke vrijheidsgraden van de testmassa verstoren, wat resulteert in verlies van de interferometergetuige. Terwijl spindecoherentie relatief goed wordt begrepen en kan worden beschreven door de Bloch-Redfield-meestervergelijking, vereist de impact op ruimtelijke vrijheidsgraden nog steeds systematisch onderzoek.
In zijn proefschrift richt Mengzhi Wu zich daarom op het onderzoeken van getuigenverlies in een SGI veroorzaakt door stochastische ruis die inwerkt op ruimtelijke vrijheidsgraden. Wu constateerde dat de getuige verloren gaat via verschillende mechanismen: (i) Dephasering, (ii) het Humpty-Dumpty-probleem, en (iii) Positielokalisatiedecoherentie.
Wu analyseert verder verschillende representatieve ruisbronnen:(i) Gravitatie- en elektrostatische ruis, (ii) Inertiële versnellingruis en (iii) Inertiële torsieruis.
Samen bouwen deze analyses een uitgebreid beeld van hoe stochastische ruis de ruimtelijke dynamiek van een SGI beïnvloedt en leidt tot verlies van spin-gebaseerde getuigen. Toekomstig werk kan meer realistische ruisbronnen omvatten, zoals magnetische ruis en valpotentiaalruis. Deze inzichten zullen waardevol zijn voor toekomstige experimentele implementaties, met name bij precisiesensoren voor kwantumzwaartekracht, waar het behoud van coherentie en het handhaven van betrouwbare getuigensignalen essentieel is.
Mengzhi Wu voerde zijn onderzoek uit bij het Van Swinderen Institute for Particle Physics and Gravity, afdeling Cosmic Frontier, met financiering van het Chinese Scholarship Council.