阪大ら,磁場中で逆回転する電子と電磁波の一体化を実証

大阪大学,横浜国立大学,米ライス大学は共同で,互いに逆回転する電子と電磁波が一体となって回転(一体化)することを実証した(ニュースリリース)。

これまで,磁場中で回転運動する電子が,同じ向きに回転する電磁波と非常に強く結合して一体化することは知られていたが,逆回転する電磁波との一体化は観測された例はなく,それが起こりうることもあまり認識されていなかった。

実験グループはその観測のために,米パデュー大学が作成した,電子がほとんど衝突なく回転できる非常に綺麗な半導体膜試料を,電磁波を長時間閉じ込めることができる共振器に組み込み,電子と電磁波とが高く協同するようにした。また,共振器に照射する電磁波の回転方向を制御した上で,それが共振する回転速度が,磁場の強さによってどのように変化するのかを測定した。

その結果,電子の回転運動と逆回転する電磁波でも,それが共振する回転速度が磁場の変化と共に変化する様子を観測することに成功した。この回転速度の磁場による変化が逆回転する電子と電磁波の一体化の証拠であることを,回転運動する電子と電磁波の運動方程式から出発して解析していくことで,理論的に示した。

この成果により,量子コンピューターや量子情報通信などの量子情報技術の実用化に向けて常に問題となるノイズ問題に対して,全く新しい解消法を確立できる可能性があるという。電磁波を用いた量子情報処理においては,電磁波である光子の粒1つ4つに情報を担わせるが,ノイズによる情報の改変や,光子自体がいなくなってしまうことが問題となる。

逆回転する電子と電磁波の一体化によって,ノイズの影響を受けない光子を作り出せることが知られている。その一体化の実証に成功した今回の成果を今後発展させていき,ただ光子を作り出すだけでなく,その光子を自在に制御できる技術を確立していくことで,量子情報技術が直面するノイズ問題に対して全く新しい解消法を確立できる可能性があるとしている。

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