大阪公大、量子もつれの度合いを測る新たな公式で物性解明に道筋

大阪公立大学(大阪公大)は2月5日、「強相関電子系」を構成する原子集団から任意に選ばれた1つまたは2つの原子と、系のそれ以外の部分である環境系の間の局所的な量子もつれについて、エンタングルメントエントロピーなどその度合いを計算する公式を導き出し、原子が直鎖状に並んだナノサイズの人工磁性体にそれを適用して、磁性体内の各原子とその環境系の量子もつれ、さらに磁性体内の2つの原子間の量子もつれの振る舞いを明らかにしたと発表した。

また、鉄などの磁性を持った原子が、金などの磁性を持たない金属に希薄に溶解している「希薄磁性合金」の系に適用し、「近藤遮蔽」の過程が明確に現れる量子情報量を明らかにしたことも併せて発表された。

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  今回の研究のイメージ(出所:大阪公大プレスリリースPDF)

同成果は、大阪公大大学院 理学研究科の西川裕規講師、同・吉岡智紀大学院生の2名によるもの。詳細は、米国物理学会が刊行する物性物理とその関連分野全般を扱う学術誌「Physical Review B」に掲載された。

量子力学における現象の中でも特に有名なものの1つに「量子もつれ」が挙げられる。量子もつれの関係にある2つの粒子(光子や電子など)は、たとえ宇宙の端と端ぐらい離れていたとしても、片方が観察されてその状態が決定すると、自動的にもう片方も状態が決定するという不思議な現象だ。あたかも瞬時に影響を及ぼしあうように見えるものの、実際には情報が伝達されているわけではなく、量子力学特有の相関関係によるものである。量子もつれのメカニズムはまだ完全解明されていないが、その特異な性質はすでに量子技術に応用されており、量子コンピュータの演算などに活用されている。