Theory of circuit quantum gravity using superconducting quantum circuits and its application to quantum space-time communication

基于超导量子电路的电路量子引力理论及其在量子时空通信中的应用

• 批准号: 21J22333
• 负责人: 片山 春菜
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J22333/
• 关键词: 擬似的ブラックホール; ブラックホール・レーザー; ソリトン; ホーキング輻射

ホーキング輻射は，ブラックホールの事象の地平線付近で，量子的に対生成された仮想粒子が実粒子として輻射される現象で，一般相対性理論と量子力学の統一に向けてその観測が鍵となる．しかし，ホーキング輻射は宇宙背景輻射に比べ極めて弱く，観測することは困難である．そこで，実験室系で擬似的ブラックホールを創生し，それを用いてホーキング輻射の検証を行うという提案がなされている． 我々は，擬似的ホーキング輻射の実験的検証のための理論の構築に向けて，電気回路を用いた(i)ホーキング輻射に対するトンネリング・メカニズムに基づいたホーキング輻射の基礎理論の構築を行った．また，(ii)微弱なホーキング輻射を増幅のため，ブラックホール・レーザーの考案を行った．(i)擬似的ホーキング輻射我々は，非線形キャパシタを持つLC伝送線路上のキャパシタンスを制御することによって，回路中の電磁波速度を空間的に変調し，電気回路上に擬似的にブラックホールを創生することに成功した．この回路には電圧ソリトンが存在し，ソリトン自身がブラックホールとして振る舞うことを明らかにした．そして，このブラックホールソリトンを用いて，ホーキング輻射の実験的検証に関わる物理的諸量を評価した．結果，我々が提案した擬似的ブラックホールでホーキング輻射の観測が可能であることがわかった．(ii)量子回路ブラックホール・レーザーホーキング輻射の更なる増幅のために，ブラックホールソリトンの二つの事象の地平線が共振器として振る舞うブラックホール・レーザーの理論を電気回路系で初めて構築することに成功した．そこでは，メタマテリアルの概念を導入し，ソリトン自身が共振器として振舞うことを示した．そして，粒子・ 反粒子に対応するモードが，事象の地平線の間を反復し，非線形モード変換によりホーキング輻射が増幅されることを明らかにした．

ホ ー キ ン グ radiation は ブ ラ ッ ク ホ ー ル の things like paying nearly で の horizon, quantum に generated seaborne さ れ た が 仮 think particles be particles と し て radiation さ れ で る phenomenon, general theory of seaborne と の unification of quantum mechanics に to け て そ の 観 が measuring key と な る. し か し, ホ ー キ ン グ radiation は cosmic background radiation に than べ extremely め て weak く, 観 measuring す る こ と は difficult で あ る. そ こ で, be 験 chamber is で quasi similar ブ ラ ッ ク ホ ー ル し を creativity, そ れ を with い て ホ ー キ ン グ radiation の 検 line card を う と い う proposal が な さ れ て い る. I 々 は, quasi ホ ー キ ン グ radiation の be 験 検 pass の た め の の theory to construct に to け て, electricity 気 loop を use い た (I) ホ ー キ ン グ radiation に す seaborne る ト ン ネ リ ン グ · メ カ ニ ズ ム に base づ い た ホ ー キ ン グ radiation の basic theory の line build を っ た. ま た, (ii) weak な ホ ー キ ン グ radiation を rights of の た め, ブ ラ ッ ク ホ ー ル · レ ー ザ ー の line test case を っ た. If (I) proposed ホ ー キ ン グ radiation I 々 は, nonlinear キ ャ パ シ タ を hold つ LC 伝 send lines の キ ャ パ シ タ ン ス を suppression す る こ と に よ っ て, loop の electromagnetic wave speed を space に - し, electric に 気 back to the way to similar に ブ ラ ッ ク ホ ー ル を creation す る こ と に successful し た. こ の loop に は electric 圧 ソ リ ト ン し が, ソ リ ト ン itself が ブ ラ ッ ク ホ ー ル と し て vibration る dance う こ と を Ming ら か に し た. そ し て, こ の ブ ラ ッ ク ホ ー ル ソ リ ト ン を with い て, ホ ー キ ン グ radiation の be 験 検 pass に masato わ る amount of the physical を review 価 し た. As a result, I 々 が proposal し た quasi similar ブ ラ ッ ク ホ ー ル で ホ ー キ ン グ radiation の 観 が measurement may で あ る こ と が わ か っ た. (ii) quantum circuits ブ ラ ッ ク ホ ー ル · レ ー ザ ー ホ ー キ ン グ radiation の more な る rights of の た め に, ブ ラ ッ ク ホ ー ル ソ リ ト ン の two つ の things like の horizon が resonator と し て vibration る dance う ブ ラ ッ ク ホ ー ル · レ ー ザ ー を electric 気 loop is の theory early で め て build す る こ と に successful し た. そ こ で は, メ タ マ テ リ ア ル を import し の concept, ソ リ ト ン itself が resonator と し て vibration dance う こ と を shown し た. そ し て, particle antiparticles に 応 seaborne す る モ ー ド が, things like の horizon between の を し repeatedly, nonlinear モ ー ド variations in に よ り ホ ー キ ン グ radiation が rights of さ れ る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

【研究成果】量子回路ブラックホールレーザー理論の構築に成功

[研究成果] 成功构建量子电路黑洞激光理论

Analogue Hawking Radiation in Nonlinear LC Transmission Lines

• DOI: 10.3390/universe7090334
• 发表时间: 2021-09-01
• 期刊: UNIVERSE
• 影响因子: 2.9
• 作者: Katayama, Haruna;Hatakenaka, Noriyuki;Matsuda, Ken-ichi
• 通讯作者: Matsuda, Ken-ichi

ジョセフソン・メタマテリアル伝送線路を用いたブラックホールレーザーの理論

使用约瑟夫森超材料传输线的黑洞激光器理论

• 发表时间: 2021
• 作者: Nakai T;Saigusa D;Iwamura Y;Matsumoto Y;Umeda K;Kato K;Yamaki H;Tomioka Y;Hirano I;Koshiba S;Yamamoto M;Suzuki N*;大場亮俊，谷川眞一;片山春菜;片山春菜
• 通讯作者: 片山春菜

磁気ソリトン制御型超伝導量子回路を用いた擬似的ブラックホールの理論

使用磁孤子控制超导量子电路的伪黑洞理论

• 发表时间: 2022
• 作者: Suzuki Norio;Iwamura Yuma;Nakai Taku;Kato Koichiro;Otsuki Akihito;Uruno Akira;Saigusa Daisuke;Taguchi Keiko;Suzuki Mikiko;Shimizu Ritsuko;Yumoto Akane;Okada Risa;Shirakawa Masaki;Shiba Dai;Takahashi Satoru;Suzuki Takafumi;Yamamoto Masayuki;Katayama Haruna;大場亮俊，谷川眞一;片山春菜，石坂智，畠中憲之，藤井敏之，
• 通讯作者: 片山春菜，石坂智，畠中憲之，藤井敏之，

量子回路ブラックホール・レーザーの理論

量子电路黑洞激光器理论

• 发表时间: 2021
• 作者: Nakai T;Saigusa D;Iwamura Y;Matsumoto Y;Umeda K;Kato K;Yamaki H;Tomioka Y;Hirano I;Koshiba S;Yamamoto M;Suzuki N*;大場亮俊，谷川眞一;片山春菜
• 通讯作者: 片山春菜