人工原子、光子との相互作用で巨大エネルギーシフトを生成!

科学の進歩が著しいとはいえ、この世の中にはまだまだ謎が多い。「光子とは光量子。フォトン。素粒子の一種」といわれても??の我々よりも遙かに、知識も経験も豊富な研究者たちでさえ――

これまで、物質と光の相互作用が極端に強い領域は、適切な実験手段がなく謎に包まれていた。この未解明領域で生じる新現象を見つけ理解する研究では、'16年に「光子と人工原子から成る安定な分子状態を発見」したが、光子の存在が人工原子のエネルギー準位に及ぼす変化「光シフト(Lambシフト、Starkシフト)」の大きさについて、系統的な実験研究はなかったという。

NICTの研究グループは、NTT、カタール環境エネルギー研究所、東京医科歯科大学、早稲田大学とともに世界で初めて、光子と相互作用した人工原子の極めて大きな光シフトの生成と観測に成功。実験に用いた超伝導人工原子は、超伝導共振回路中のマイクロ波光子と非常に強く相互作用し、これまでに人工原子で知られていたエネルギーシフト量のおよそ100倍の巨大なLambシフトと光子1個との相互作用でも準位反転が生じるほど顕著なStarkシフトを受けているとした。

Lambシフトはかつて量子電磁力学に飛躍的な発展をもたらし、現代社会を支えている精緻なエレクトロニクス技術の礎となったもの。一方、既知のStarkシフトは電場の強さ(光子数)に比例する原子準位の僅かな変化のことであったが、今回観測されたそれは、桁違いに巨大で、共振回路中に光子がたった1個あるだけで超伝導人工原子の励起状態と基底状態(最低エネルギー状態)が反転してしまうほどだったという。

この強い相互作用を巧みに利用することで、人工原子の高速制御や、測定に伴う量子状態への反作用を最小化することが可能となる。量子分野全般で重要な技術になると考えられる。研究成果は、「Physical Review Letters」に発表された。

光子との相互作用を使った超伝導人工原子の自在なエネルギー制御が可能に

カテゴリー: 情報通信 , エネルギー   

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