用于退相干下量子引力诱导质量纠缠见证的 qudit 系统

近来，一种称为量子引力诱导质量纠缠（QGEM）的理论与实验方案被提出，用以利用两个介观质量各自置于两位置叠加态中来检验引力的量子本性。若在消除它们之间所有非引力相互作用后，粒子发生纠缠，则可得出结论：引力势由量子媒介即虚引力子诱导。本文中，我们考察了一系列不同实验装置，考虑不同几何构型与所取空间叠加态数目，以确定哪种能更快产生纠缠。我们得出结论：在无退相干且给定叠加态任意两空间态间最大距离 $\Delta x$ 的情况下，在现实实验参数下，一组平行放置于空间叠加态中的两量子比特优于所有其他模型。此外，当引入足够高的退相干率时，多分量叠加可优于两量子比特装置。这通过实验模拟进一步验证，表明以平行量子比特装置在无退相干下以 99.9$\%$ 置信水平拒绝无纠缠假设需要 $O(10^3)$ 次测量。引入退相干时测量次数增加。当退相干率达到 $0.125$~Hz 时，由于两量子比特系统纠缠已无法被见证，需要 6 维 qudit。然而此时将需要 $O(10^6)$ 次测量。可将见证算符分组测量以减少测量次数（至多十倍）。但这在实验上可能难以实现。