学習院ら,自然散逸が量子位相を揃えることを発見

著者: admin

学習院大学,産業技術総合研究所,電気通信大学,日本大学の研究グループは,極低温原子集団から原子が選択的に失われるときに,量子状態の位相が揃い,強磁性状態が形成される現象を発見した(ニュースリリース)。

近年,量子技術に対する期待が高まっているが,その実用化には技術的な課題を解決する必要があるとされている。その一つが量子状態の位相を保つことだという。

量子状態の位相は通常とても乱れやすく,磁場の変化や周囲の環境との接触や結合による粒子やエネルギーの出入りによっても,量子状態の位相は容易に乱れ量子現象の観測や量子計算ができなくなる。

一方,レーザー光の量子状態は,通信路に損失があっても純粋なままに保たれる。このことは,異なる光子数の状態間の位相が損失によって保たれることを意味している。レーザー光の量子状態がこのような性質を持つことは,レーザー光を用いた長距離光通信を可能にしているだけでなく,光が量子状態を遠方に送る唯一無二の媒体となっている理由でもある。

さらに,外部環境の影響がより強い生態系においても,近年量子効果が重要な役割を担っている可能性が示唆されている。例えば,光合成の効率的なエネルギー輸送や渡り鳥の磁気探知において,量子効果が有益な影響をもたらしている可能性が示唆されている。

研究グループは,ボース・アインシュタイン凝縮した極低温ルビジウム原子集団を用いて,散逸のある量子系で磁化がどのように時間発展していくかを詳細に観測した。

この系における散逸は,原子スピンの状態に依存して,原子が閉じ込め領域から失われるという特徴があり,選択的な損失となる。また,損失がないとき,原子スピン間の相互作用は,磁化しない状態に対して相互作用のエネルギーが最小であるという特徴を持つ。これは,この量子系が通常は自発的に磁化しないことを表している。

しかしながら,研究グループは,磁化のない状態に準備した極低温原子集団が,選択的な損失が本質的な役割を果たすことにより,自発的な対称性の破れを伴って強磁性状態へと自発的に発展することを見つけた。

この選択的な原子の損失は,この量子系に元々内在する自然な散逸現象である。たとえ量子系に散逸があっても,その散逸に構造があれば,むしろ散逸により量子状態の位相が揃うことを物質系で明確に示している。

研究の成果は,量子技術を日常化するためのヒントとなる新しい原理を提示するものであり,さらに,生体内の複雑な量子現象の解明などに繋がると期待できるとしている。研究グループは,今後,量子技術を用いた精密磁場計測などへの応用可能性を探索する予定だという。

キーワード:

関連記事

  • 量子産業の未来図を描く

    量子への注目が世界的に高まるなか,トプティカフォトニクスのレーザーシステムが存在感を増している。日本での展開をさらに加速させているPresident and Chief Sales Officerのトーマス・レナー氏に,…

    2026.01.13
  • 京都大学など、人工次元で乱れに強い「トポロジカル原⼦レーザー」の発振に成功

    京都⼤学と東北⼤学は、極低温のルビジウム原⼦を⽤いた実験により、「トポロジカル原⼦レーザー」の発振に成功した(ニュースリリース)。 量⼦⼒学の世界において、外部環境とのエネルギーの出⼊りがある系は「⾮エルミート量⼦系」と…

    2026.01.13
  • 横国大とKEK,量子科学に関する研究を推進するための連携協定を締結

    横浜国立大学と高エネルギー加速器研究機構(KEK)は,2025年10月17日に量子科学に関する研究を推進するための連携協定を締結した(ニュースリリース)。 世界的に注目されている量子技術は,未来社会に向けて革新的なイノベ…

    2025.11.10
  • フォトニクスのアカデミー賞、SPIEプリズムアワード2026の最終候補者が決定

    国際光学・フォトニクス学会(SPIE)は,2026年Prism Awards(プリズムアワード)の最終候補製品を発表した。 Prism Awardsは「フォトニクスのアカデミー賞」とも称される国際的な表彰制度であり,光学…

    2025.11.07
  • 量子研究の卓越を称えて――TOPTICA,BEC 2025で画期的成果を表彰

    光学技術メーカーのTOPTICA Photonics SEは,スペインで開催された国際会議「Bose-Einstein Condensation 2025(BEC 2025)」において,超低温量子ガス分野で顕著な業績を挙…

    2025.10.27
  • 科学大,進化した量子誤り訂正法を考案

    東京科学大学の研究グループは,大規模量子計算の実現に不可欠な「量子誤り訂正技術」において,理論上の性能限界に極めて近い効果を持ちながら,高速に訂正する手法を発見した(ニュースリリース)。 実用的な量子アプリケーションの多…

    2025.10.22
  • 富士通と産総研,量子技術における連携協定を締結

    富士通と産業技術総合研究所 量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター(G-QuAT)は,量子技術における国際的な産業競争力の強化に関する連携協定を,2025年9月26日に締結した(ニュースリリース)。 この協…

    2025.09.29
  • 産総研ら,量子コンピューター参入促進へ報告書公開

    産業技術総合研究所(産総研),理化学研究所,日本電気,富士通は,大規模量子コンピューターシステムに向けた俯瞰図・ロードマップの策定の第一報として,超伝導方式のサプライチェーンに関わる技術報告書を公開した(ニュースリリース…

    2025.09.25

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア