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Quantum simulation of the dynamical Casimir effect with trapped ions

Trautmann, Nils ; Hauke, Philipp (2016)
Quantum simulation of the dynamical Casimir effect with trapped ions.
In: New Journal of Physics, 18 (4)
doi: 10.1088/1367-2630/18/4/043029
Artikel, Bibliographie

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Kurzbeschreibung (Abstract)

Quantum vacuum fluctuations are a direct manifestation of Heisenberg's uncertainty principle. The dynamical Casimir effect (DCE) allows for the observation of these vacuum fluctuations by turning them into real, observable photons. However, the observation of this effect in a cavity QED experiment would require the rapid variation of the length of a cavity with relativistic velocities, a daunting challenge. Here, we propose a quantum simulation of the DCE using an ion chain confined in a segmented ion trap. We derive a discrete model that enables us to map the dynamics of the multimode radiation field inside a variable-length cavity to radial phonons of the ion crystal. We perform a numerical study comparing the ion-chain quantum simulation under realistic experimental parameters to an ideal Fabry–Perot cavity, demonstrating the viability of the mapping. The proposed quantum simulator, therefore, allows for probing the photon (respectively phonon) production caused by the DCE on the single photon level.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2016
Autor(en): Trautmann, Nils ; Hauke, Philipp
Art des Eintrags: Bibliographie
Titel: Quantum simulation of the dynamical Casimir effect with trapped ions
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 19 April 2016
Verlag: IOP Publishing Ltd.
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: New Journal of Physics
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 18
(Heft-)Nummer: 4
Kollation: 14 Seiten
DOI: 10.1088/1367-2630/18/4/043029
URL / URN: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/18/4/04...
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Kurzbeschreibung (Abstract):

Quantum vacuum fluctuations are a direct manifestation of Heisenberg's uncertainty principle. The dynamical Casimir effect (DCE) allows for the observation of these vacuum fluctuations by turning them into real, observable photons. However, the observation of this effect in a cavity QED experiment would require the rapid variation of the length of a cavity with relativistic velocities, a daunting challenge. Here, we propose a quantum simulation of the DCE using an ion chain confined in a segmented ion trap. We derive a discrete model that enables us to map the dynamics of the multimode radiation field inside a variable-length cavity to radial phonons of the ion crystal. We perform a numerical study comparing the ion-chain quantum simulation under realistic experimental parameters to an ideal Fabry–Perot cavity, demonstrating the viability of the mapping. The proposed quantum simulator, therefore, allows for probing the photon (respectively phonon) production caused by the DCE on the single photon level.

Freie Schlagworte: Primitives, P4, quantum simulation, dynamical Casimir effect, trapped ions, cavity QED
ID-Nummer: TUD-CS-2016-0089
Zusätzliche Informationen:

Art.No.: 043029; Erstveröffentlichung

Fachbereich(e)/-gebiet(e): DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio)
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche
Profilbereiche
Profilbereiche > Cybersicherheit (CYSEC)
05 Fachbereich Physik
05 Fachbereich Physik > Institut für Angewandte Physik
05 Fachbereich Physik > Institut für Angewandte Physik > Theoretische Quantenphysik
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1119: CROSSING – Kryptographiebasierte Sicherheitslösungen als Grundlage für Vertrauen in heutigen und zukünftigen IT-Systemen
Hinterlegungsdatum: 15 Nov 2016 23:15
Letzte Änderung: 08 Dez 2023 13:30
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