サファイアのシュレーディンガーの猫は、量子効果がスケールアップできることを示している

Nov 22, 2023

特別に設計された装置（図示）内のサファイアクリスタルの薄片で、科学者たちは、クリスタルが同時に2方向に揺れる、死んだ状態と生きた状態のシュレディンガーの猫の模倣物を作成しました。

マテオ・ファデル

エミリー・コノバー著

2023 年 4 月 25 日午前 9 時

太猫の壮大な伝統に従って、新しく作成された量子「猫」は、少なくとも量子の領域では特に巨大です。

科学者たちは、揺れるサファイアクリスタルの破片を、物体が同時に 2 つの異なる状態で存在する、いわゆる「猫の状態」に置きました。 これは、物理学者が好む架空のネコ科動物、生きていると同時に死んでいることで知られるシュレーディンガーの猫を彷彿とさせる状況だ。

新しいサファイアキャットは16マイクログラムと比較的重いと物理学者らが4月21日付けのサイエンス誌に報告した。 これはまつげの質量の半分近くであり、以前に分子で作成された猫の状態の質量の100兆倍以上です。 チューリッヒ工科大学の物理学者イーウェン・チュー氏は、「量子力学が明らかに機能する新しい体制に到達した」と語る。

1930 年代に物理学者アーヴィン シュレーディンガーが夢想した量子の寓話では、猫が箱の中に閉じ込められ、量子効果により、生きていると同時に死んでしまいます (SN: 5/26/16)。 この逆説的なシナリオは現実の世界では起こりません。 量子粒子は 2 つの異なる状態 (いわゆる重ね合わせ) で同時に存在することができますが、これらの効果は猫サイズのものでは無効になります。

量子効果は通常、原子、分子などに限定されます。 人間の目に見える日常世界は量子特性を示しません。 科学者は、特定の小さな物体を誘導して量子特徴を表示させることができます (SN: 4/25/18)。 しかし、科学者は量子領域と非量子領域の境界を完全には理解していません。

「私たちはその中間体制を本当に理解し始めたばかりです」と、この新しい研究には関与していないオタワ大学のベンジャミン・サスマンは言う。 「これらの量子システムがどのように拡張され、どのように動作するかを知ることは、非常に興味深いことです。」

猫の状態は、シュレディンガーのアイデアの再現に近い、特殊な種類の量子動作です。 これらは、原子のエネルギー準位などの量子領域にのみ存在する 2 つの状態ではなく、生きている猫と死んだ猫のような日常世界を記述する古典物理学に従って区別される 2 つの状態を重ね合わせたものです。

新しい実験では、研究者らはサファイア結晶の一部を揺さぶって、その原子が一度に二方向に動くようにした。 それはシュレーディンガーの猫の「精神を捉えた」違いだ、とチュー氏は言う。

その揺れは、1億個の原子からなる結晶のひとかけらの中に閉じ込められていた。 これは十分に大きいので、結晶の残りの部分から抽出すれば肉眼でも見えるだろう、とチュー氏は言う。

それでも、原子の振動は非常に小さく、10億分の1ミリメートル程度であり、まさに日常の物体の規模ではありませんでした。 他の猫状態の実証では、より少ない原子で構成されているにもかかわらず、はるかに大きな空間分離が実証されています。

将来の研究では、研究者らが質量だけでなく振動のサイズも拡大できることを望んでいるとサスマン氏は言う。 「それは本当に難しいことになるだろうが、とても興味深いものになるだろう。」

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この記事のバージョンは、Science News の 2023 年 6 月 3 日号に掲載されます。

M.ビルトら。 シュレディンガー猫は 16 マイクログラムの機械振動子について述べています。 科学。 Vol. 380、2023 年 4 月 21 日、p. 274. 土井: 10.1126/science.adf7553。

物理学者のエミリー・コノバーは博士号を取得しています。 シカゴ大学で物理学の博士号を取得。 彼女は、DC サイエンス作家協会ニュースブリーフ賞を 2 回受賞しています。

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