中部大学AI数理データサイエンスセンターの小泽正直特任教授（国立大学法人東海国立大学機構 黑料网名誉教授?大学院情报学研究科招へい教員）と北海道大学大学院工学研究院の長谷川祐司教授（オーストリア?ウィーン工科大学准教授）らの国際共同研究グループは、中性子のスピンを測定する実験で、2019年に小澤によって考案された、ミクロな物体の測定誤差を正確に定めるための新しい理論を検証することに成功しました。
ミクロな物体を扱う量子力学の根干をなす不确定性原理では、电子などの素粒子は、その位置と运动量の両方を同时に正确に（误差ゼロで）测定することができず、必ず本来の値との误差が生じるとされています。このため、量子现象の理解には、测定の误差を正确に捉えることが必要です。しかし、量子力学における测定误差の従来の计算式には、不正确な测定でも误差がゼロになることがあるという问题点が知られていました。ただ、理想的な测定によって得られるべき真値が测定状况に依存するという量子力学の特质から解决不可能な问题と考えられてきました。2019年に小泽は、量子测定误差に関する新しい理论を展开して、そのような问题点を克服する正しい误差の计算式を理论的に导きました。
今回の研究では、ウィーン工科大原子研究所に设置されている研究用原子炉で、长谷川グループが最先端の中性子＊1ポラリメータを用いて中性子のスピン＊2を测定し、いくつかの量子测定に対してその测定误差の决定を试みました。そこでは、パラメータ扫引法と呼ばれるパラメータに関して初期状态を扫引する手法を用い、まず、隠れた误差の出现を确认しました。その上で、量子测定の隠れた测定误差を定量的に决定することを试みました。実験の结果、物理的な状况判断との整合性が取れた量子测定の误差の同定ができたことが确认されました。
この成果は、量子基础现象を対象とする基础科学の発展にとどまらず、量子测定误差の标準的定义を导き、量子暗号＊3や量子コンピュータ＊4などの量子情报技术、重力波＊5検出など量子精密测定技术における様々な计测の精度评価や误差解析への利活用が期待されます。
本研究成果は、Nature Research社発行の科学誌『npj Quantum Information』（電子版）（2021年6月28日付：日本時間6月28日18時）に掲載されます。
?量子系の测定における测定误差を定める従来の方法には、不正确な测定でも误差の値がゼロになるケースがあるという问题点があったが、このような隠れた误差を定量化する新しい理论が2019年に小泽によって考案された。
? 隠れた誤差の出現を中性子のスピン測定において確認した。
?パラメータ扫引法を用いることにより、量子测定の隠れた测定误差を定量的に取り扱うことが可能になり、量子测定の测定误差の适正な决定ができるようになった。
? 量子を対象とする広範な基礎科学、および、量子コンピュータなどの量子情報技術における誤差解析や精度評価への利活用が期待される。
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＊１ 中性子：阳子と电子とならび原子核の构成要素のひとつ。电荷がゼロ（中性）で核子である阳子よりもわずかに重い。一定の半减期で阳子と电子と反电子ニュートリノに崩壊する。振る舞いは量子力学に従い、様々な基础物理の観测?测定実験に使われる。
＊２ スピン：量子物理学における素粒子の基本特性のひとつで、角运动量の一种である。磁场との相互作用があり、まさに「小さな磁石」のように振舞う。测定値は量子化され、连続量ではなく不连続量として観测される。
＊３ 量子暗号：盗聴者の测定が不确定性原理で制约されることを利用して、盗聴検知が可能とされる暗号方式。量子计算机ができても破られない暗号方式として期待されている。
＊４ 量子コンピュータ: 量子干渉や量子もつれと言った量子力学的な現象を利用して、量子的並列計算を実現し、公開鍵暗号の解読など従来のコンピュータでは現実的な時間や規模で解けないとされている問題を解くことが期待されるコンピュータ。
＊５ 重力波：一般相対性理论において予言される波动であり、时空间のゆがみが波となって光速で伝わる现象である。その影响は极めて小さいので、検出は极めて困难であり、不确定性原理が検出限界にかかわるとされる。2016年に米国の重力?波望远镜尝滨骋翱を用いて、2つのブラックホールの合体によって発せられた重力波?の直接検出に成功した。
雑誌名：npj Quantum Information （ネイチャー?パートナー?ジャーナル クァンタム?インフォーメーション）
論文タイトル：“Neutron optical test of completeness of quantum root-mean-square errors”
著者：Stephan Sponar、 Armin Danner、 Masanao Ozawa (小澤 正直)、 Yuji Hasegawa (長谷川 祐司)
DOI: 10.1038/s41534-021-00437-8
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