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【研究成果】誰も見ていないとき、物理量は存在するのだろうか?量子フィードバックが語る驚くべき答えとは!?

本研究成果のポイント

  • 量子測定から得られた測定結果に対応する物理量の正確な値を得る方法を発見し、その値が弱値と一致することを理論的に明らかにしました。
  • 一般的には、通常の量子測定では物理量の値は得られないと考えられています。本研究では、用意した単一の量子ビットを被測定対象の量子システムと弱く結合させ、フィードバックを上手く活用することで、測定結果に対応する物理量の正確な値が得られることが分かりました。
  • 今回の結果は、量子測定を定量的な測定への質的な大転換をもたらすとともに、現在でも未解決な物理量の実在の問題の解決につながると期待されます。

概要

広島大学大学院先進理工系科学研究科 ホフマン ホルガ(Holger F. Hofmann)教授は、量子測定から得られた測定結果に対応する物理量の正確な値を得る方法を発見し、その値が弱値と一致することを理論的解析から明らかにしました。

量子力学では測定行為そのものが初期の状態を乱してしまうため、最初の状態の物理量は何の値だったのか、あるいはそこに存在していたのかも確認するのは容易ではありません。ポイントは、そのような測定から物理量の正確な値を得る可能性の追求にありました。本研究では、単一の量子ビットを量子システムと弱く結合させ、測定結果に応じて変化した量子ビットにフィードバックを施した測定系を理論的に解析しました。その結果、量子ビットを元に戻す変化量をフィードバックによる当てはめを利用して評価できれば、その測定結果に対応する物理量の正確な値を得られることが分かりました。またその値が最初の状態と測定結果の両方で決まる弱値と一致することも分かりました。これは別の物理量を測定すれば、得られた測定結果に対応する別の正確な値が存在することを示しています。(図)

今回の結果は、物理量の値は測定結果がなければ実在としての意味を持たないことを意味します。これは実在に関する根本的な問題、「誰も見ていなければ、実在としての意味を持つのだろうか」という問いに対して一石を投じる結果であるとともに、本研究の成果を実際の量子測定に応用することによって、物理量の文脈依存性や実在性の問題の解決につながると期待されます。

本研究成果は、「Physical Review Research」オンライン版に掲載されました。

図: フィードバックによる変化量への当てはめによって、物理量の値が定まる。足の測定後、当てはめることで靴の実在をもたらすのと本質的には同じである。

論文情報

  • 掲載誌:Physical Review Research
  • 論文タイトル: Direct evaluation of measurement uncertainties by feedback compensation of decoherence
  • 著者名: ホフマン ホルガ(Holger F. Hofmann)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.L012011
【お問い合わせ先】

大学院先進理工系科学研究科 
量子物質科学プログラム
TEL: 082-424-7652
E-mail: hofmann*hiroshima-u.ac.jp (注:*は半角@に置き換えてください)


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