量子力学の新しい考え方。最も弱い無線信号から検出する方法

・物理学者は、無線周波数信号の非常に小さな量子ステップ（光子）を検出できる新しい回路を構築します。

・この新しい量子回路は、核磁気共鳴画像法から電波天文学まで、多くの用途がある可能性があります。

弱い高周波電磁場の検出は、核磁気共鳴画像法から電波天文学まで、いくつかの分野で重要な役割を果たします。量子光学において、最も弱い信号は単一光子です。 極低温でも熱ゆらぎを止めることができないため、メガヘルツ周波数で個々の光子を検出して操作することは非常に困難です。

近年、デルフト工科大学の物理学者は、そのような検出を可能にするシステムを開発しました。 彼らは、量子力学の理論によって可能になる最も弱い信号（光子またはエネルギーの量子）を検出するための量子回路を構築しました。

小さな量子ステップ

量子力学では、エネルギーは「量子」と呼ばれる小さな分け目で現れます。 例を挙げて説明します。たとえば、ショッピングカートを押しているとします。 古典物理学の考えでは、もっと速く行きたい場合、カートに余分な力を与えて、より多くのエネルギーと速度を与えます。

ただし、量子力学の法則はまったく異なります。カートのエネルギーを増やすことができるのは、一度に1つの「量子ステップ」だけです。 この「量子ステップ」は弱すぎてカートを押すことができません。 実際、単一の量子ステップを正確に検出するデバイスはほとんどありません。 電波についても同じことが言えます。

この研究で、無線周波数信号の小さな量子ステップを検出できます。 新しい回路量子電磁力学の構築は、量子レベルでの高周波共振器の読み出しと操作を可能にします。

この研究で開発された量子チップ（1 * 1cm） | 提供: TU Delft

この方式は、回路量子電気力学をメガヘルツ周波数範囲の他の物理システム、たとえば巨視的な機械的発振器やスピンシステムとインターフェースさせるためにも使用できます。

量子重力と量子力学の相互作用

チームは、量子測定のアプリケーションから量子メカニズムを知ることを目指しています。彼らは量子重力を探求したいと考えています。 量子電磁気学の理論は1920年代に最初に定式化されましたが、物理学者は重力を量子力学に適合させる方法を理解できていません。

研究者たちは、量子ラジオを使用して、大きな物体の量子振動を聞いて操作することを計画しています。 また、量子重力と力学を組み合わせて、何が起こるかを見ようとしています。

もちろん、そのような実験を実行するのは簡単ではありませんが、成功した場合、時空に量子の重ね合わせを作成できる可能性があります。これには、一般相対性理論と量子力学の両方を十分に理解する必要があります。