2020 年度研究成果報告書

量子情報理論から迫る原始重力波の量子性

研究課題

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研究課題/領域番号	17K18778
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
研究分野	素粒子、原子核、宇宙物理およびその関連分野
研究機関	神戸大学
研究代表者	早田次郎神戸大学, 理学研究科, 教授 (00222076)
研究期間 (年度)	2017-06-30 – 2021-03-31
キーワード	原始重力波 / 量子性 / 量子情報 / インフレーション / グラビトン
研究成果の概要	インフレーションの予言する揺らぎの量子性を特徴付けるマーミンの不等式とグラビトン分布の統計性の重要性を明らかにした。インフレーションは、現在のグラビトンの量子状態がスクゥイーズド状態になることを予言している。スクゥイーズド状態におけるグラビトンの量子揺らぎが比較的重い物体に与える影響を研究し、グラビトンの量子揺らぎが、物体の量子デコヒーレンスを引き起こすことを示した。この成果をもとに、グラビトンを検出する具体的方法を提案した。この論文はPhys.Rev.Dに掲載され、Editors' suggestion に選ばれた。これは我々の研究成果が世界的に高く評価されている証しである。
自由記述の分野	宇宙論
研究成果の学術的意義や社会的意義	揺らぎの量子性を直接検証することにより、インフレーション理論を確立することは宇宙論の最重要課題となっている。また、グラビトンの発見は量子重力理論研究にとって最重要課題となっている。本研究では、量子情報理論を用いたインフレーションの完全な証明の可能性を明確に示した。特に、マーミンの不等式とグラビトンの統計性の宇宙論的な意義を見出した点は重要な成果である。また、グラビトンの量子揺らぎによる重い物体のデコヒーレンスの研究を基礎として、未だその存在が証明されていないグラビトンの検出方法を発見したことは、量子重力理論研究への大きな貢献とみなせる。