量子力学の不確定性関係をさらに精密に ―ハイゼンベルク・ロバートソン・シュレーディンガーの不確定性関係を超える普遍的かつ最も厳密な限界の導出―

2026-11-11 東北大学

東北大学などの国際共同研究グループは、量子力学の基本原理である不確定性関係を強化し、従来のハイゼンベルク・ロバートソン・シュレーディンガーの不確定性関係では捉えられていなかった、物理量同士の非可換性に由来する新たな寄与を明らかにした。従来の不確定性関係は、位置と運動量など2つの物理量を同時に測定する際の測定値のばらつきに限界があることを示すが、今回の研究では、物理量の非可換性が生み出す追加的な制約を取り入れ、あらゆる量子状態と物理量に対して成立する、より厳密で普遍的な不確定性関係を数学的に導出した。特に、量子ビットでは新しい関係式が常に等式として成立し、不確定性を正確に表現できる。また、新たな下限は実験で測定可能な物理量の期待値によって表されるため、実際の量子系を用いた検証が可能である。本成果は、量子力学の基礎理論への理解を深めるとともに、量子情報処理、量子計測、量子デバイスの性能評価などへの応用につながると期待される。

量子力学の不確定性関係をさらに精密に ―ハイゼンベルク・ロバートソン・シュレーディンガーの不確定性関係を超える普遍的かつ最も厳密な限界の導出―
図1.新しく見出された不確定性関係。従来のロバートソン・シュレーディンガーの不確定性関係に、これまで捉えられていなかった非可換性に由来する新たな寄与が加わった。

<関連情報>

ロバートソン・シュレーディンガーを超えて:隠された非可換トレードオフを明らかにする一般的な不確定性関係 Beyond Robertson–Schrödinger: a general uncertainty relation unveiling hidden noncommutative trade-offs

Gen Kimura, Aina Mayumi, Hiromichi Ohno, Jaeha Lee & Dariusz Chruściński
npj Quantum Information  Published:21 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41534-026-01374-0  Early provide

Abstract

We report a universal improvement to the standard Robertson–Schrödinger uncertainty relation. Our result shows that the Robertson–Schrödinger lower bound can be supplemented by a new noncommutativity-induced term. This term represents a previously overlooked quantum contribution and becomes more pronounced as the state becomes more mixed. Moreover, it is expressed as the expectation value of a positive observable, namely the squared modulus of the commutator, and therefore preserves the direct, experimentally accessible character of the Robertson–Schrödinger relation. For two-level quantum systems, our relation becomes an exact equality for any state and any pair of observables, thereby ensuring the tightness of the bound in the strongest possible sense. The relation also yields, as a corollary, a complete proof of a general uncertainty bound that had previously been supported only by numerical evidence.

1701物理及び化学
ad
ad
ad
タイトルとURLをコピーしました