量子もつれ光の最前線　光量子センシングの進展と「もつれ合い測定」の深化

1．量子もつれと光量子科学技術

2025年は，ハイゼンベルクによる量子力学の定式化から100年目にあたることから，ユネスコにより「国際量子科学技術年」と定められた。日本国内でも，大阪・関西万博における展示「エンタングル・モーメント」をはじめとして，様々な催しや講演会が企画された。「量子もつれ（Quantum Entanglement）」という言葉も少し一般に浸透してきているように感じる。

量子もつれの概念は，1935年のアインシュタイン・ポドルスキー・ローゼンによる，いわゆるEPRパラドックス論文によりスポットライトがあてられた。そこでは，従来の物理学が前提としてきた「局所実在論」と，「量子もつれ」が両立しないことが明らかにされた。このように2025年は，量子もつれ90周年の年でもあった。その後，局所実在論が成立する場合にみたされるべき「ベルの不等式」が破られることを実証した研究に対して，2022年にノーベル物理学賞が授与されたことは，記憶に新しい。

これらの実験では，量子もつれ状態にある光子が用いられた。光子は，空気中や真空中，また光ファイバなどを通じて，その量子状態を保ったまま長距離伝送可能であるという，電子や原子にはない特長を有する。さらに，室温で状態生成や制御が可能であり，周波数や偏光など様々な自由度を有することから，量子コンピューティング，量子通信，量子センシングのそれぞれにおいて不可欠な媒体である。特に光子の量子もつれ状態は，量子コンピューティングでの量子誤り訂正，長距離量子暗号通信，さらに従来の光センシングの限界を超え新たな機能を実現する光（ひかり）量子センシングなどで重要なリソースとなっている。

本稿では，量子もつれ光を用いた量子科学技術の研究フロンティアとして，光量子センシングと，多光子量子もつれ状態に関した最近の研究を紹介する。前者はアプリケーションや社会実装に関するもの，後者は量子情報科学や量子光学の学理の深化に関するものであり，これらを通じてポスト量子力学100年について展望したい。