ポイント
- 異なるエネルギー状態の間の量子的な重ね合わせであるエネルギーコヒーレンスを、多くの粒子からなる量子系から高純度で取り出す際の最大量を理論的に解明した。
- 同時に、量子系を望んだ状態に準備するために必要な最小のエネルギーコヒーレンス量も解明した。
- エネルギーコヒーレンスは量子熱機関、量子時計などの性能向上に用いられる量子的性質である。したがって、得られた結果は将来的にこれらの量子技術の性能向上につながる可能性がある。
- これらの結果は複雑な相互作用を持つ系にも適用可能な一般的結果であり、エネルギーコヒーレンスの損失を最小にして有効活用するための基礎となる。
電気通信大学 大学院情報理工学研究科の山口 幸司 特任研究員（前：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒｌｏｏ、日本学術振興会 海外特別研究員）と田島 裕康 助教（兼任：科学技術振興機構（ＪＳＴ） さきがけ研究者）は、多くの粒子からなる量子系からエネルギーコヒーレンスを取り出す際の限界を理論的に明らかにしました。ここでエネルギーコヒーレンスとは、異なるエネルギー状態の間の量子的な重ね合わせのことを指します。これは量子効果を引き起こす重要な量子的性質の１つであり、熱機関や量子時計など、さまざまな量子技術への応用が可能です。しかしこの性質はデリケートで簡単に破壊されてしまうため、量子系から純度の高いエネルギーコヒーレンスを取り出してから利用することが重要となります。本研究成果は多粒子から構成される量子系から取り出すことができる高純度のエネルギーコヒーレンスの最大量を明らかにするものです。これは、将来の量子技術においてエネルギーコヒーレンスを有効活用する際の設計・開発の方針を与える上で重要な役割を果たすと考えられます。
この研究成果は、米国科学雑誌「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ」オンライン版（現地時間２０２３年１１月１７日付）に掲載されました。
本研究は、日本学術振興会（ＪＳＰＳ） 海外特別研究員制度（山口）、ＪＳＰＳ 若手研究（ＪＰ１９Ｋ１４６１０（田島））、ＪＳＰＳ 学術変革Ａ「極限宇宙」（ＪＰ２２Ｈ０５２５０（田島））、ＪＳＴ さきがけ（ＪＰＭＪＰＲ２０１４（田島））、ＪＳＴ ムーンショット型研究開発事業（ＪＰＭＪＭＳ２０６１（田島））の助成を受けて実施されました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（３０５ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Beyond i.i.d. in the Resource Theory of Asymmetry: An Information-Spectrum Approach for Quantum Fisher Information”
- ＤＯＩ：10.1103/PhysRevLett.131.200203
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
田島 裕康（タジマ ヒロヤス）
電気通信大学 大学院情報理工学研究科 情報・ネットワーク工学専攻 助教
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＜ＪＳＴ事業に関すること＞
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