一种关于一阶量子化中惯性与加速量子时钟的时空协变方法

预计,量子引力理论将从根本上改变我们当前对时空几何的认知。然而,与过去数十年普遍假设不同的是,只要几何叠加态具有足够相干性,量子引力效应可能会在远大于普朗克尺度的范围内显现。量子钟(即内部动力学可记录固有时间流逝的量子力学系统)是探测这类低能量子引力效应的极有前景的工具。本工作中,该研究团队通过提出一种时空协变的形式化方法,在一阶量子化框架下描述时钟动力学,为此领域作出贡献。尤其值得注意的是,研究人员通过引入与外部场的适当耦合,实现了对动态加速时钟的理论刻画。 研究发现:当时钟的(二次型)哈密顿量能够分解为正负质量分量时——这种分解在可行情况下——可直接通过时钟固有时间计算系统演化,同时保持显式协变性。此类分解一旦实现,即使存在用于加速时钟的外部场耦合,系统演化仍始终保持幺正性。随后,该工作将此理论框架应用于两类场景下双量子钟的联合演化计算:(i) 存在相对运动的惯性时钟;(ii) 均匀磁场加速的带电时钟。两种情形中,当时钟处于相干态时,描述双时钟时间测量的密度矩阵ρ(τ₂|τ₁)不仅呈现出与经典时间膨胀预期值完全吻合的条件概率峰,还展现出具有高斯分布的相干量子涨落现象。

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