Theoretical studies on analog quantum gravity using superconducting Josephson circuits

使用超导约瑟夫森电路模拟量子引力的理论研究

• 批准号: 22K03452
• 负责人: 畠中 憲之
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03452/
• 关键词: アナログ量子重力; 超伝導メタマテリアル; ジョセフソン伝送線路; ソリトン; 超伝導ジョセフソン回路; ブラックホール; ホーキング輻射

新奇擬似的ブラックホールの創生(1)３波混合型擬似的ブラックホールの創生従来の超伝導ジョセフソン接合の代わりに超伝導量子メタマテリアルを用いることによって伝送線路中に擬似的なブラックホールの創生を試みた．超伝導量子干渉素子は，メタマテリアルの構成要素であるスプリット・リンクとみなせ，共振現象と通して透磁率を制御できる．これにより，伝送線路のインダクタンス（透磁率）の制御を通して，擬似的ブラックホールの創生に要請される伝送線路中の電磁波速度を空間的に変化させることが可能となる．また，ジョセフソン効果の非線形性も継承しているため，得られたブラックホールはソリトンとして記述され，安定な事象の地平線を持つため安定なホーキング輻射を得ることができる．さらに，超伝導量子干渉素子として超伝導非対称非線形素子を用いることによって，ジョセフソン効果を基にした非線形効果であるにも関わらず，３次の非線形性を導入でき，従来の４次の非線形性による４波混合のもとで問題となるシグナルとポンプの分離を克服でき，ホーキング輻射の観測精度を飛躍的に向上させることがわかった．(2)超伝導メタマテリアル伝送線路上述の３波混合型擬似的ブラックホールでは，構成要素をメタマテリアル要素で置き換えることによって，新奇擬似的ブラックホールの創生を目指した．伝送線路において，それがメタマテリアルとして機能するためには，構成要素の置き換えだけでは十分でない．伝送線路では，キャパシタンスとインダクタンスの配置（直列・並列）がメタマテリアルとして振る舞うかどうかを決める．今回，自然界には存在しない負の屈折率を実現するため，それらの配置を検討した．結果，その配置は伝送線路の分散関係を制御し，伝送線路が超伝導メタマテリアルとして振る舞うことがわかった．

新颖的伪黑洞的创建（1）三波混合型伪黑洞的创建通过使用超导量子超材料代替传统的超导约瑟夫森结，在传输线中创建伪黑洞。创建一个。超导量子干涉装置可以看作是分裂的环节，是超材料的组成元素，可以通过共振现象来控制磁导率。通过控制传输线的电感（磁导率），可以在空间上改变传输线中的电磁波速度，这是创建伪黑洞所必需的。此外，由于它继承了约瑟夫森效应的非线性，所产生的黑洞被描述为孤子，并且具有稳定的事件视界，使得获得稳定的霍金辐射成为可能。此外，发现通过使用超导非对称非线性元件作为超导量子干涉元件，可以引入三阶非线性，尽管该非线性效应是基于约瑟夫森效应的，并且可以引入传统的四阶非线性。克服了四波混频下信号与泵浦分离的问题，极大地提高了霍金辐射的观测精度。 (2)超导超材料传输线在上述三波混合型伪黑洞中，我们的目标是通过用超材料元素代替构成元素来创建一种新颖的伪黑洞。为了使传输线发挥超材料的作用，仅仅更换其组成元件是不够的。在传输线中，电容和电感的排列（串联或并联）决定了它是否表现为超材料。这次，我们研究了它们的排列，以实现自然界中不存在的负折射率。结果表明，这种排列控制了传输线的色散关系，使传输线表现得像超导超材料。

项目成果

超伝導非対称非線形誘導素子を用いた擬似的ブラックホールソリトンの理論的研究 II

超导非对称非线性感应元件赝黑洞孤子理论研究II

• 发表时间: 2023
• 作者: 片山春菜;藤井敏之;畠中憲之;Miles P. Blencowe
• 通讯作者: Miles P. Blencowe