理系にゅーす

理系に関する情報を発信! 理系とあるものの文系理系関係なく気になったものを紹介します!

スポンサーリンク

ミクロ

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2019/07/17(水) 00:57:22.05 ID:CAP_USER
「量子もつれ」の瞬間を世界で初めて画像に記録、英研究チームが成功(記事全文は、ソースをご覧ください。)
https://wired.jp/2019/07/16/quantum-entanglement-photo/
2019.07.16 TUE 18:00
WIRED,TEXT BY SANAE AKIYAMA

2つの粒子が強い相互関係にある「量子もつれ」と呼ばれる現象を、英大学の研究チームが世界で初めて画像に記録することに成功した。今回の実験で得られた画像処理の技術は、量子コンピューティングや量子暗号の進化にも貢献することが期待されている。

(写真)PHOTOGRAPH BY SCHOOL OF PHYSICS AND ASTRONOMY, UNIVERSITY OF GLASGOW
https://wired.jp/wp-content/uploads/2019/07/quantum-og.jpg

ミクロの世界を正しく説明するうえで欠かせない量子力学に、「量子もつれ」と呼ばれる現象がある。量子もつれとは、2つの粒子が強い相互関係にある状態であり、粒子のスピン、運動量などの状態をまるで「コインの裏表」のように共有する運命共同体のような状態を指す。

例えば、一方の粒子を観測したときのスピンが上向きであれば、もう一方は瞬時に下向きになる。このような量子もつれにある2粒子間の状態は、どれほどの距離──たとえ銀河の端から端という途方もない隔たりがあろうが、維持されるのだという。この同期の速度が光の速度を超えるという、まるで空間など存在していないかのような非局所性から、偉大な物理学者アルバート・アインシュタインが、かつて「不気味な遠隔作用」と呼んだほどだ。

そんな量子もつれの状態を画像に収めることに、このほど英国のグラスゴー大学の研究チームが成功した。量子もつれの状態にある光子の様子を捉え、オープンアクセスの科学学術誌『Science Advances』で画像を公開したのだ。これは、量子もつれの判断基準とされる「ベルの不等式」の破れをもとに量子もつれを実験的に可視化する技術で、もつれ状態にある粒子ペアがひとつの画像に収められたのは今回が初めてだという。

・かくして「量子もつれ」は画像に記録された
マクロの世界における物質の状態は、観測者がいるかどうかに関わらず、すでに決定している。対してミクロの世界では、量子が実際にどのような状態にあるのかは、何かに“観測される”まで不確定だと考えられている。これまで量子もつれ現象は実験的には立証されていたものの、「観測されるまで状態が決定されない量子もつれ」を、いかに画像に収めるのかという実験的セットアップを考案するのは至難の業だった。

今回の実験では量子もつれ状態を確認するため、「ベルの不等式」と呼ばれる式が使用されている。「ベルの不等式」は、古典的に説明できる粒子の相関関係の上限を示した数式で、これによって実験が「量子的」なものなのか「古典的」に説明できるものなのかを区別できる。「ベルの不等式」の上限が破られると、実際に2つの粒子が量子もつれの状態にあることが示される。

(画像)研究チームは自発的パラメトリック下方変換(SPDC)と呼ばれる手法を用いて量子もつれ状態をつくりだした。IMAGE BY SCHOOL OF PHYSICS AND ASTRONOMY, UNIVERSITY OF GLASGOW
https://wired.jp/wp-content/uploads/2019/07/F1.large_-e1563242598410.jpg

研究チームは、自発的パラメトリック下方変換(SPDC)と呼ばれる手法によって、まず光子をもつれ状態にした。次にビームスプリッターによって光子対を2つに分割する。光子1の通路には通過の際にランダムに位相が決まるフィルター(0°、45°、90°、135°)を設置してあり、光子2はフィルターを通過せずにまっすぐに進む。研究チームは、光子1と、もつれた光子2の両方を同じタイミングで捉えたときにのみ検出できる超高感度カメラを設置し、これらの可視記録を作成した。

4つの異なる位相において見られる量子のもつれ画像は、実に4万フレームを組み合わせたものだ。光子ペアはフィルターを通る前に分割されているにもかかわらず、両方がフィルターの位相と同じ相転移をしているのが見てとれる。

■■略

https://wired.jp/wp-content/uploads/2019/07/F2.large_-e1563242997968.jpg
(画像)4つの異なる位相において見られる量子のもつれ画像は、実に4万フレームを組み合わせたものだ。光子ペアはフィルターを通る前に分割されているにもかかわらず、両方がフィルターの位相と同じ相転移をしているのが見てとれる。IMAGE BY SCHOOL OF PHYSICS AND ASTRONOMY, UNIVERSITY OF GLASGOW

続きはソースで

WIRED
ダウンロード



引用元: 【量子力学】「量子もつれ」の瞬間を世界で初めて画像に記録、英研究チームが成功[07/17]

「量子もつれ」の瞬間を世界で初めて画像に記録、英研究チームが成功の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2019/06/21(金) 07:16:10.91 ID:CAP_USER
量子重力には対称性はない ― 大栗機構長らが証明
https://www.ipmu.jp/ja/20190619-symmetry
2019年6月19日
東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU)

 画像:図1. 「量子重力理論は対称性を持たない」ことを背理法で証明する図。
    もし対称性があるとすると、それは図の灰色で塗られた部分にしか作用せず、中心の黒い点のまわりの状態には変化を起こさない。
    円周を細かく分けていくと、灰色の部分をいくらでも小さくできるので、対称性には、どこにも作用しないことになる。
    これは矛盾である。(Credit:Harlow and Ooguri)
 https://www.ipmu.jp/sites/default/files/imce/medium.png

 1. 発表概要
 東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU) の大栗博司 (おおぐりひろし) 機構長は、マサチューセッツ工科大学物理学教室の Daniel Harlow 助教と共同で、重力と量子力学を統一する理論では、素粒子論の重要な原理であった対称性がすべて破れてしまうことを、ホログラフィー原理を用いて証明しました。この証明にあたっては、量子コンピューターで失われた情報を回復する鍵とされる「量子誤り訂正符号」とホログラフィー原理との間に近年発見された関係性を用いるという新たな手法が用いられました。本研究成果は、素粒子の究極の統一理論の構築に大きく貢献するものであるとともに、近年注目される量子コンピューターの発展にも寄与すると期待され、アメリカ物理学会の発行するフィジカル・レビュー・レター誌 (Physical Review Letters) に2019年5月17日付で掲載され、成果の重要性から注目論文(Editors’ Suggestion)に選ばれました。


 2. 発表内容
 宇宙が始まった当初、「電磁気力」「強い力」「弱い力」「重力」の4つの力が全て統一されていたと考えられています。ミクロの世界を記述する量子力学を基礎とした理論を用いて、「電磁気力」「強い力」「弱い力」の3つの力については統一的に説明できますが、重力を含めた4つの力も含め統一的に説明する理論については未だ研究途上の重要な課題であり、様々な面から研究がなされています。

続きはソースで

関連情報
Kavli IPMU
https://twitter.com/KavliIPMU/status/1141211169991974914
https://twitter.com/5chan_nel (5ch newer account)
ダウンロード (3)


引用元: 【量子力学/統一理論 】量子重力には対称性はない ― 大栗機構長らが証明[06/19]

【量子力学/統一理論 】量子重力には対称性はない ― 大栗機構長らが証明の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2019/02/24(日) 16:54:05.53 ID:CAP_USER
~量子力学と相対性理論を統合した“万物の理論”に向け前進

 東北大学 学際科学フロンティア研究所/電気通信研究所の松本伸之助教(兼JST戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究者)、東京大学 大学院理学系研究科の道村唯太助教、国立天文台 重力波プロジェクト推進室の麻生洋一准教授、東北大学 電気通信研究所の枝松圭一教授らの研究グループは20日、石英の細線で懸架された7mgの鏡の振動を、1秒間で10-14m程度の分解能で読み取れる測定器を開発した。
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1170/663/1_l.jpg

 現代における物理法則は、量子力学と呼ばれるミクロ世界の法則と、一般相対性理論と呼ばれるマクロな法則の2つで説明できるが、両理論が確立されて以来100年近くの間、理論の統合が実現できておらず、1つの理論であらゆる物理法則を説明できない。これは、相対性理論で説明できる重力が、量子力学で説明できないからだ。

 物理学には4つの相互作用がある。このうち強い相互作用はグルーオン、電磁相互作用は光子、弱い相互作用はウイークボソンとよばれるゲージ粒子の交換によって発生すると考えられている。しかし、最後の重力相互作用をもたらすと言われる重力子の作用はあまりにも小さいため、いまのところ発見されていない。

 というのも、これまで原子干渉計、ねじれ振り子、光格子時計などによって測定されたもっとも小さな重力源の質量は90gであったのに対し、もっとも重い量子状態を実現した物体は40ngで、両実験のスケールには10桁という大きな隔たりがあったからだ。

続きはソースで

https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1170/663/2_l.jpg

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1170/663/
images


引用元: 【測定器】東北大ら、0.1gの物体が生む重力を測定できるセンサー[02/20]

【測定器】東北大ら、0.1gの物体が生む重力を測定できるセンサーの続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2018/04/14(土) 12:44:23.74 ID:CAP_USER
京都大学(京大)は4月11日、量子ビットの「純粋化量子もつれ(Entanglement of Purification)」と呼ばれる情報量を計算する幾何学的公式を発見したと発表した。

同成果は、京大 基礎物理学研究所の修士課程学生である梅本滉嗣氏と同 高柳匡 教授らの研究グループによるもの。詳細は英国の学術誌「Nature Physics」に掲載された。

ミクロな世界を支配する物理法則は量子論と呼ばれており、また物質のミクロな構造のなかに含まれる情報の基本単位を量子ビットと呼ぶ。そして、重力の理論と量子論を融合して、宇宙の統一理論の構築を目指す分野が超弦理論(超ひも理論)だ。

超弦理論では、D次元の反ドジッター宇宙の重力の物理法則は、D-1次元の物質の物理法則と同じである、つまりゲージ理論と重力理論を統一的に扱うことが可能であるとする「ゲージ・重力対応」という考え方が1997年に発見された結果、現在では、これら2つの物理法則が同じであるという多数の具体的な証拠が示されながらも、このゲージ重力対応の基礎的なメカニズムについては、まだよく分かっていないという。

そうした中、2006年に高柳教授ならびに笠真生 シカゴ大学 准教授(現在)が「笠-高柳公式」とも呼ばれる「ゲージ重力対応における量子もつれエントロピー(Entanglement Entropy)の面積公式」を発見。物質の量子もつれエントロピーの大きさは、反ドジッター宇宙の最小断面積と等しい、つまり、物体Aと物体Bの2つの間に共有される量子ビットの情報量(相関)は、物体に対応する宇宙の最小断面積に等しい、ということを示したことにより、近年では「重力理論における宇宙は、量子ビットの集合体と見なせる」という考え方が生み出され、世界中で研究が進められるようになっている。しかし、この公式で正しく情報量が計算できるのは、AとB以外には物体が存在しない場合に限られるという制限があった。

続きはソースで

https://news.mynavi.jp/article/20180413-616137/

図:反ドジッター宇宙の境界にAとBの空間領域をとると、AとBをつなぐトンネルを反ドジッター宇宙の内部に作ることができる (出所:京都大学Webサイト)
https://news.mynavi.jp/article/20180413-616137/images/001l.jpg
ダウンロード


引用元: 【物理】京大、ミクロな情報量を計算する幾何学的公式を発見「重力理論の宇宙は、量子ビットの集合体と見なせる」

京大、ミクロな情報量を計算する幾何学的公式を発見「重力理論の宇宙は、量子ビットの集合体と見なせる」の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2018/03/16(金) 21:41:48.16 ID:CAP_USER
東京農工大学は、細胞の様な鋳型を用いて1/100mmスケールのミクロなゼリー球を作製し、そのゼリー球の硬さを測ることにより、ゲル化させる際の鋳型のサイズによってゼリーの硬さが大きく変化することを発見したと発表した。

同研究は、東京農工大学大学院工学研究院先端物理工学部門の柳澤実穂テニュアトラック特任准教授、大学院生の酒井淳氏、村山能宏准教授、慶應義塾大学理工学部生命情報学科の藤原慶専任講師、九州大学先導物質化学研究所の木戸秋悟教授らの研究グループによるもので、同研究成果は、3月15日付でアメリカ化学会誌「ACS Central Science」オンライン版に掲載された。

ゼラチンからなるミクロなゼリー(以下、ミクロゲル)は、食品や化粧品、医薬品など、日用品には欠かせない物となっている。それらの食感や質感、強度などの機能を強く支配する力学的性質は、ミクロゲルが分散した水溶液や大きなゲルに対してはよく知られているものの、ひとつのミクロゲルが示す力学的性質は測定が困難で、詳細な解析が渇望されていた。

続きはソースで

https://news.mynavi.jp/article/20180316-601028/images/001l.jpg
https://news.mynavi.jp/article/20180316-601028/images/002l.jpg
https://news.mynavi.jp/article/20180316-601028/
ダウンロード


引用元: 【化学】ゼリーは小さいほど硬くなることを発見

ゼリーは小さいほど硬くなることを発見の続きを読む

    このエントリーをはてなブックマークに追加 mixiチェック Share on Tumblr Clip to Evernote
1: 2018/02/13(火) 23:27:52.80 ID:CAP_USER
Google、IBM、Intel、そして Microsoftといった巨大IT企業たちが量子コンピュータの開発に熱心になっている。
それは量子コンピュータが従来のコンピュータよりも圧倒的な速度で計算を行うことができると期待されているからである。
特に最近では、さまざまな種類の"量子"コンピュータもしくは量子力学から着想を得た専用マシンが登場してきている。
しばしば、スーパーコンピュータの〜〜倍速いという言葉でそれらのマシンの性能が謳われたりすることをよく耳にする。
量子コンピュータは本当にスーパーコンピュータに勝つ事ができるのだろうか?
本稿では、量子コンピュータの速さとは何か、そして量子コンピュータが、現代のシリコン半導体技術の結晶とも言える従来型の古典コンピュータと繰り広げる戦いについて紹介したい。

〈量子コンピュータによる計算の高速化〉

量子コンピュータが計算を高速化すると期待されている理由は、最も基本的な物理法則である量子力学を最大限に利用して計算をするコンピュータだからだ。
量子力学は、半導体、レーザー、MRIなどミクロな世界の現象を利用する身近な技術の基礎にもなっている。
 私たちが普段使っているコンピュータのCPUも半導体で作られているので、その意味では量子力学が使われている。
しかし、その半導体チップ上で行われる計算は、スイッチのオン「0」とオフ「1」のどちらか一方しかとらない"ビット"を用いており、物理法則で許されるものと比べると制限されたものだといえる。
なぜなら、量子力学では「0」か「1」かが確定していない重ね合わせ状態が許されているからだ。
このような量子力学のルールを計算原理に積極的に用いて計算を高速化するマシンが量子コンピュータと呼ばれている。
計算の高速化が示されている問題としては、整理されていないデータから重ね合わせを利用して高速に目的の情報を探索するグローバー探索、古典コンピュータでは効率よく解く事ができない代表的な問題である素因数分解、そして、電子や分子など量子力学を取り込まないと計算できない化学物質・材料シミュレーションをする量子シミュレーションである。

Berry_Iこのように多数の電子の振る舞いを計算することはスーパーコンピュータでは難しく、量子コンピュータの実現により高精度で高速な計算が可能になることが期待されている。 (写真はMacquarie Universityより引用)

関連ソース画像
http://www.qmedia.jp/content/images/2018/01/Berry_I.jpg

続きはソースで

Qmedia
http://www.qmedia.jp/quantum-beat-super-computer/
ダウンロード


引用元: 【テクノロジー】量子コンピュータの挑戦: スーパーコンピュータに勝てるだろうか?[02/09]

量子コンピュータの挑戦: スーパーコンピュータに勝てるだろうか?の続きを読む
スポンサーリンク

このページのトップヘ