量子ノイズの低減に関する画期的発見(Breakthrough in quantum noise reduction)

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2025-04-30 スウォンジー大学

スウォンジー大学の研究チームは、量子測定に伴う「バックアクション(観測による粒子への擾乱)」を劇的に低減する新手法を開発しました。この手法では、半球状の鏡の中心に粒子を配置し、特定の条件下で粒子とその鏡像が区別できない状態を作り出します。この状態では、散乱光から位置情報を取得できず、同時に量子バックアクションも消失します。この発見は、従来の直感とは逆に、光の散乱が最大化されるときに擾乱が最小化されることを示しています。この成果は、量子力学と重力の境界領域の探究や、超高感度センサーの開発に貢献する可能性があり、特に宇宙空間での量子実験を目指すMAQRO計画などでの応用が期待されています。研究チームは現在、実験的な検証と実用化に向けた応用研究を進めています。

<関連情報>

反射境界を用いた浮遊オプトメカニクスにおけるバックアクション抑制 Backaction suppression in levitated optomechanics using reflective boundaries

Rafał Gajewski and James Bateman
Physical Review Research  Published: 11 April, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.023041

量子ノイズの低減に関する画期的発見(Breakthrough in quantum noise reduction)

Abstract

We show theoretically that the noise due to laser induced backaction acting on a small nanosphere levitated in a standing-wave trap can be considerably reduced by utilizing a suitable reflective boundary. We examine the spherical mirror geometry as a case study of this backaction suppression effect, discussing the theoretical and experimental constraints. We study the effects of laser recoil directly, by analyzing optical force fluctuations acting on a dipolar particle trapped at the center of a spherical mirror. We also compute the corresponding measurement imprecision in an interferometric, shot-noise-limited position measurement, using the formalism of Fisher information flow. Our results show that the standing-wave trapping field is necessary for backaction suppression in three dimensions, and they satisfy the Heisenberg limit of detection.

1700応用理学一般
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