東大、量子の非局所性を高精度かつ厳密に検証することに成功

東京大学大学院工学系研究科の古澤明教授と不破麻理亜大学院生(博士課程1年)らの研究チームは、アインシュタインが提唱した「ピンホールで回折した単一光子は空間的に広がるが、異なる2点で同時に観測されない『量子(光子)の非局所性』」を厳密に検証することに成功したと発表した。

同研究は豪グリフィス大学のハワード・ワイズマン教授との共同研究による成果で、文部科学省・先端融合領域イノベーション創出拠点の形成プログラムなどの支援のもとに行われた。

光子の非局所性は、1909年にアインシュタインが量子力学の不可解な例として提唱して以来、「物理学の100年論争」を巻き起こしてきた。しかし、これまで用いられてきた光子を粒子として検出する方法では、検出効率が低い上に、光子の有無しか観測できなかったため、厳密に検証することは原理的に不可能だった。

今回、研究チームは、光子の電磁波としての側面に着目し、電磁波を高効率に測定するホモダイン測定技術を構築し、電磁波の複数の属性を観測して、より多くの情報を得ることを可能にした。その結果、光子の非局所性を高精度かつ厳密に検証することに成功したという。

今回は、生成した光子をピンホールで回折させる代わりに、入射する光の一部を反射し、一部を透過する、部分反射ミラーで2つの光路に分けることで、光子が通過できる経路数を無限から2つへと減らした。