玉川大,量子力学的に対象物の状態を能動的に識別

玉川大学の研究グループは,量子力学的に許容される最良の方法を用いて対象物の状態を能動的に識別するという問題において,性能限界を調べるための汎用的かつ効率的な手法を世界で初めて確立した(ニュースリリース)。

対象物の状態をできる限り正しく識別することは,計測や通信を始めとする様々な分野における基本的な要素として重要となる。センシングの高感度化や通信の高速化・大容量化へのニーズに伴い,光や電子などのミクロな物質をより積極的に活用することが必要になってきている。

しかし,ミクロな物質を活用するほど量子雑音と呼ばれる雑音が多く含まれるようになり,識別において物理的に避けられない誤りが支配的になることが知られている。そこで,量子雑音の影響を含めた識別性能の物理限界を把握することが求められている。

高い識別性能を得るためには,一般に対象物に光などを照射してその反応を調べるといった能動的な識別が効果的となる。しかしこの方式では,対象物の振る舞いが複雑であるような場合には量子限界性能を求めるために膨大な計算量を必要とするため,限界性能を厳密に求めることは実質的に不可能となる。

厳密解を求める代わりに限界性能のとり得る範囲を計算するための手法が近年開発されたが,計算できる問題が限られており精度もあまり高くないという課題があった。

今回,研究グループは,従来とは異なるアプローチに基づいてより汎用的な手法を開発することに成功した。特に量子雑音の影響を強く受けるような問題では従来法よりも顕著に精度が向上することを,理論解析および数値実験により示した。

提案法は,縺れ合いなどの量子論特有の現象を明示的には利用せず対象物の確率的な振る舞いのみに基づいて計算するため,従来法と比べて直観的に理解しやすいことも特徴的だとしている。

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