巨視的な鏡の量子的重ね合わせを作る新手法を提案 ~重力の量子性の検証実験の新しい戦略に~

2026-04-15 九州大学

九州大学の九州大学とCalifornia Institute of Technologyの研究チームは、巨視的な鏡の量子的重ね合わせを実現する新たな理論手法を提案した。レーザー光と鏡が相互作用するオプトメカ系において、連続測定とWienerフィルタによる最適解析を用い、運動量の量子揺らぎを標準量子限界以下に抑える「運動量スクイーズド状態」を初めて示した。この状態では位置の重ね合わせが拡大し、重力のみで生じる量子もつれ(重力誘起エンタングルメント)が増強されることが分かった。これにより、未解明である「重力の量子性」を実験的に検証する新戦略が提示された。今後は超低温・高真空など厳しい条件下での実証が課題だが、量子センシング技術への応用も期待される。

巨視的な鏡の量子的重ね合わせを作る新手法を提案 ~重力の量子性の検証実験の新しい戦略に~
図1. 光を用いた鏡の連続位置測定とフィルタリングの流れ:レーザー光を光共振器に入射し、可動鏡の位置を連続的に測定する。出力光はホモダイン検出(※6)によって読み出され、その測定データを最適フィルタリングの手法を用いて解析することで、鏡の量子状態を高精度に推定することができる。

<関連情報>

光力学における最適フィルタリングによって実現される運動量圧縮状態:重力誘起エンタングルメントへの示唆 Momentum squeezed state realized via optimal filtering in optomechanics: Implications for gravity-induced entanglement

Ryotaro Fukuzum, Kosei Hatakeyama, Daisuke Miki, and Kazuhiro Yamamoto
Physical Review Research  Published: 13 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/zrs2-sk28

Abstract

We analyze the conditional quantum state of a mechanical mirror in an optomechanical system subject to continuous measurement, feedback control, and quantum filtering. We identify a parameter regime in which the mirror exhibits momentum squeezing beyond the standard quantum limit, achieved through an appropriate choice of the homodyne detection angle. In this regime, we show that optimal filtering effectively realizes a free-particle-like conditional state. When this mechanism is applied to a configuration consisting of two optomechanical systems, the resulting momentum squeezing significantly enhances the signal of gravity-induced entanglement. This enhancement arises because the momentum squeezing not only amplifies the distinction between the common and differential modes, but also, in the high-purity regime, increases the position uncertainty in accordance with the uncertainty principle, thereby enlarging the spatial extent of the quantum superposition. Our results provide insights into experimental strategies for probing the quantum nature of gravity using optomechanical platforms.

1701物理及び化学
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