2019 Fiscal Year Research-status Report
Probing quantumness of primordial gravitational waves with quantum information theory
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17K18778
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
早田 次郎 神戸大学, 理学研究科, 教授 (00222076)
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2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子性 / 重力波 / 高周波数 / マグノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インフレーション理論は、宇宙の大規模構造や宇宙背景放射の温度揺らぎを説明することに成功した。ミクロな世界の量子揺らぎがマクロな宇宙の構造の直接の原因であるというインフレーション理論の主張は、それを検証することができればノーベル賞級の業績となるほどの重要性を持つ。しかし、競合する他の理論にも同様の結論を導くものがあるため、インフレーション理論を完全に確立するためには、インフレーション理論しか予言していない原始重力波を観測し、その量子性を証明することが必須である。2015年に重力波が初観測され、今や原始重力波の初観測は間近である。もしそうなれば、残された課題はその量子性を示すことだけとなる。幸い、近年の量子情報理論の発展は著しく、その成果を利用すれば、原始重力波の量子性の検証の可能性は高い。
本研究の目的は、量子情報理論における最近の成果を応用することで、インフレーションによって生成された原始重力波の量子性を証明する方法を開発することにある。
我々は、インフレーション中にゲージ場が存在するようなモデルでは、高周波数領域でサブポアッソン分布が観測され得ることを示したが、実際に高周波重力波の観測の問題があった。そこで、マグノンを使った高周波重力波の観測方法を考案した。そして、これまでに他の目的で行われた観測から、GHz帯の高周波重力波の振幅に対して制限を与えることに成功した。さらに、偏極の自由度まで含めて新たな量子性の研究を行うための定式化も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに、量子性の検証のための様々な指標を提案して来た。特に、ハンブリー-ブラウン・ツウィス干渉計を使った重力波のサブポアッソン分布に関する研究は重要性が高かった。そのために必要な高周波重力波の観測提案も行うなど、順調に研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、マグノンを使った高周波重力波の観測方法の理論的な基礎の確立を行なっていきたい。また、重力の量子性の検証に対する新しいアプローチとして、重力場によるエンタングルメント生成の有無を使う方法など、より革新的な研究の方向性も探っていく。
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| Causes of Carryover |
当初の目的である原始重力波の量子性の研究は、サブポアッソン統計を示すコヒーレントスクイーズド状態の宇宙論における役割を明らかにしたことで大きな進展があった。しかし、重力波の偏極まで含めた成果を出版するためには、あと一年の延長が必要である。また、ハンブリー・ブラウン干渉計との関係について、もう少し詳しい研究を行う必要があると判断した。研究期間延長で満足のいく成果を達成することができる。
重力波の偏極まで含めた研究と高周波重力波の観測に関する研究をさらに加速するために、研究員を雇用する。また、研究協力者との議論のための旅費としても研究費を使用する予定である。
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Research Products
(9 results)
