Study of quantum dynamics on foundamental level with weak values

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03466
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 長谷川 祐司 北海道大学, 工学研究院, 教授 (60282498)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 筒井 泉 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (10262106)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 弱値

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の1年度目であった。本年では、中性子光学実験において量子チェシャ猫実験の新展開をさらに進めることを計画し、まず、事後選択する状態の複数個を早く切り替えて量子チェシャ猫の挙動を探る実験を行った。この実験は最先端の中性子干渉計実験の設備を必要としており、ウィーン工科大学(TU-Wien)との共同研究として、フランス・グルノーブルのラウエ・ランジュバン研究所（ILL）で行った。具体的には、猫と笑いの光路上の分離が逆転するような事後選択状態を2つ選び出し、高速スイッチを適用して、遅延選択実験を試みた。まず、この実験は初めての物質波の干渉実験における遅延選択実験である。さらに、おおむね良好な実験結果が得られたので、出版に向けて解析の最適化を行っている。早急に出版を行う予定である。上記の実験と並行して、レゲット・ガーク不等式を用いた因果律に関する実験の準備を始めた。
さらに、北海道大学において、原子を用いた干渉実験を行うための環境整備を始めた。様々な実験装置の選定並びに納入可能な業者を探すのに多少なりとも手間と時間がかかったが、最終的には適当な業者を発見できた。この実験環境が達成されれば、北大で原子干渉実験を行うことが可能となる。それにより、ラウエ・ランジュバン研究所まで詣でるまでもなく、物質波干渉実験を遂行できる環境が得られることが期待されている。また、学生らの日常的な利便性の向上をも目指している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

フランス・グルノーブルのラウエ・ランジュバン研究所での中性子干渉計実験は研究用原子炉の運転状況に依存しており、本年度は十分なビームタイムの確保が困難であった。それにもかかわらず新たな量子チェシャ猫実験を遂行した。ただ、実験結果の解析に思わず手間取っているのが現状である。これから出版に向けて最終結果を早急に準備する予定である。
本年度はさらに、北大での干渉実験を行うための環境整備を始めた。真空装置導入に伴い、研究代表者は北大に赴任して以来初めての備品購入となり、北大出入りの関連業者の選定に思わず時間がかかった。発注が最終的には秋になってしまい、遅れの主因となってしまった

Strategy for Future Research Activity

2年度目では、まず第一に、量子チェシャ猫実験の出版を進める。そして、多光路干渉計を用いた中性子干渉実験、あるいは3光路での量子チェシャ猫実験をを試みる。これらの実験ではまず2光路のマッハ・ツェンダータイプの干渉計実験を行って、2光路に関する同時弱測定からはじめる。さらに、これらの実験に成功すれば、レゲット・ガーク不等式を用いた因果律に関する実験に応用できると考えられている。
北海道大学における、原子干渉実験は、いくつかの実験装置の納入が終わり、やっと実験を始めることができそうである。まずは、それぞれの装置の基本性能の確認から行う予定である。装置の改善が必要であると判明した場合はそれに対応し、できるだけ早く装置の立ち上げを終える。