「産学連携」では、最近のテクノロジーの動向、企業・大学の技術開発の動き等をタイムリーに紹介していきます
|
|
|
 |
レーザー光測定の限界を超えた感度で光位相測定に成功
【その他】発信：2007/05/30(水) 08:35:01
|
〜量子もつれ合い状態にある４個の光子を用いる〜
北海道大学電子科学研究所の竹内繁樹准教授らは、量子もつれ合い状態にある４個の光子を用いて、古典理論による従来のレーザー光測定の限界を超えた感度の光位相測定に世界で初めて成功した。距離を正確に測ることは様々な観測・観察の基本となる技術だけに、今回の成果は大きな意味を持つ。４日のサイエンスに掲載された。
重力波検出や位相差顕微鏡など、さまざまな分野で光学干渉計は使われているが、これらの測定精度は、理論的限界「標準量子限界」があった。しかし、光子を量子論的にもつれ合わせることによって、標準量子限界をはるかに超える測定精度を実現できるようになる。
この研究は８０年代から進められているが、実際に量子もつれ合わせによって標準量子限界を超えた観測ができたのは、大阪大学のグループが０２年に成功しただけで、その時は光子２個で標準量子限界の１.０６倍の測定感度を実現した。測定感度は光子の数を増やした方が上がる。ウィーン大学や中国科学技術大学などのグループは光子４個での測定に挑戦したが標準量子限界を超えることができていない。
今回研究グループは、光子４個が互いにもつれ合った状態を高精度に作り出すことに成功し、さらに非常に安定な光干渉計を開発することで、３個以上の光子では初めて標準量子限界を超える感度での光位相測定に成功した。感度は標準量子限界の１.１１倍。
まず、４個の光子が、同じ時間、同じ位置、同じ方向で入射されているかどうかを、量子干渉の結果を直接観察する新手法を開発した。
今回の実験では、非線形光学結晶中でパラメトリック下方変換を起こし、４個の光子を発生させているが、この方法では４個の光子はまれにしか発生しないため、一つの実験を長時間行う必要がある。数時間にわたって数十ｎｍ程度の誤差で光経路を維持しなければならないため、Ｓａｇｎａｃ干渉計を改良し、２つの経路の光が全く同じ鏡で反射されるようにした新しい干渉計を開発した。
こうした実験系の開発によって、光子を２個ずつ入力し、２つの出口の一方は３つの光子を出力し、もう一方が１つの光子を出力した時に、４光子干渉縞が光の波長の４分の１の波長になっていることを確認した。また、この干渉の正確さを定量的にあらわす明瞭度が９１％±６％となっており、標準量子限界である８３％を上回っていることも確認できた。少なく見積もっても１.１１倍の測定感度になる。
また研究グループは２光子の場合の実験も行っており、阪大の１.０６倍を上回る１.３６倍の感度を実現し、量子論的な理論限界であるハイゼンベルク限界に近い精度を達成した。
今回の研究成果によって、これまでの限界を超えた計測技術が開発できる可能性が示された。将来、１万個の光子のもつれ合い状態を実現すれば、標準量子限界の１００倍の測定精度を実現できる。また単一の細胞など、照射できる光量が限られている場合に強力な観察ツールとなることが期待できる。
竹内准教授は「４個の光子の場合は、出力側の３と１を同時に逆から見れば、すぐに精度は上がる。また、８個の光子もつれ合い状態までは現在の延長線上で研究を進められると思うが、１０個以上になった時には新たなブレークスルーが必要になる」と話す。
|
| |
知財情報局または情報提供各社による記事の無断転用を禁じます。
|
|
|
| Copyright 2002 Braina Co., Ltd. All Rights Reserved.
|
|
「産学連携」紹介