2020 年度研究成果報告書

揺らぎと時間発展の観点から見た弱値の物理量としてのダイナミクスの解明

研究課題

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研究課題/領域番号	19K14606
研究種目	若手研究
配分区分	基金
審査区分	小区分13010:数理物理および物性基礎関連
研究機関	北海道大学
研究代表者	小川和久北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (80772574)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード	弱測定 / 弱値
研究成果の概要	事前選択量子系に対する物理量の分散は間接測定でのプローブ波束幅の増加として現れる。我々はこの枠組を事前・事後選択系に拡張し、「弱分散」と呼ばれる分散の複素数値の対応物を定式化した。この定式化では、弱分散の実部と虚部は、直交位相平面上でそれぞれ垂直-水平方向と対角-反対角方向のプローブ波束幅の変化として現れる。我々は光学系を使用してプローブ波束幅のこれらの変化を実験的に検証した。さらに弱分散は、事前・事後選択系における弱値確率分布の分散として表せることを示した。これらの操作論的・統計的解釈により、我々の弱分散の定式化は事前・事後選択系の分散の複素対応物として合理的であることが支持される。
自由記述の分野	量子光学、量子情報
研究成果の学術的意義や社会的意義	量子系に対する測定結果は一般的に確率的に揺らぎ、これは古典力学には見られない量子に本質的な性質である。本研究はこの量子系に対する測定に伴う揺らぎの概念を精緻化・一般化したものである。つまり、事前・事後選択した量子系には本来的に複素数で表される揺らぎ（弱分散）が備わっており、事後選択しない場合はそれらの確率混合として通常の非負の分散が現れる。そしてそのような複素数の揺らぎは、実験的にも観測できたことから、現実的に利用可能な量であることが示された。本研究により、事前・事後選択が関係する量子パラドックスの解決に重要な知見を与え、また逆に弱分散の制御によって波動関数を成形する新たな手段が与えられる。