I teie nei e mea rahi no'ano'a

　一旦英文で読んだ後、説明する際の訳語が心配になったので、翻訳してみましたので紹介。

　量子が時空を自在に移動することは既に知られていましたが、現在でもこれを「オカルト」として批判する人はいます。時間の概念など存在せず、常に現在だけがあり、時系列は記憶が生みだした錯覚という考え方ですが、これはスピリチュアル系では「人は今だけを生きれば良い」とされて人気がある考え方です。しかし、これには問題もあります。なぜなら古典的なこの解釈では、量子力学の量子的ふるまいを説明できないからです。
　この世界には過去 - 現在 - 未来が全て同時に存在しており、量子的な世界ではこれらを自在に移動、『未来が過去を決定する』ことも日常的に行われているという考え方の方が、量子的なふるまいを容易に説明できます。

　この時間というのはあくまで力学的なプロセスの方向性ですが、これらが絶対に前に進むものではなく、相対的なものであり、任意に方向を決めることができるという所がポイントです。

　また、全ての物質には量子力学的な影響が出ています。人間サイズのような巨大な物質に対してはその影響が解りにくいというだけです。

　なお、"time reversal"の訳語は「時間逆転」「時間逆行」「時間逆転」どれでもいいのですが、同じテーマを扱った日本語記事で、「時間逆転」の訳が比較的多かったので、時間逆転としました。

SciTechDialy;MITの物理学者、重力波とダーク・マターの検出に量子「時間逆転」を利用

マサチューセッツ工科大学 JENNIFER CHU著 2022年7月16日
　原子の振動を測定する新しい技術は、原子時計の精度や、ダーク・マターや重力波を検出するための量子センサーの精度を向上させる可能性がある。

　原子の量子的な振動には、小さな宇宙のような情報が含まれている。この原子の振動とその時間変化を正確に測定できれば、原子時計や量子センサーの精度を向上させることができる。原子のゆらぎを検出器とする量子センサーは、ダーク・マターの存在や重力波の通過、さらには予期せぬ未知の現象を検出することができる。

　古典物理な世界からのノイズは、小さな原子の振動をすぐに打ち消してしまうため、その振動の変化を検出するのが非常に困難であり、量子測定の向上を阻む大きな障壁となっている。

　しかし、MITの物理学者は最近、量子もつれと時間逆転という2つの重要なプロセスを粒子に課すことによって、原子振動の量子的変化を著しく増幅できることを実証した。

　デロリアンを買いに行く前に断っておくが、彼らは時間そのものを逆行させる方法を発見したわけではない。その代わり、量子もつれ状態にある原子が、あたかも時間を逆行するように振る舞うことを強制したのだ。原子の振動が変化すると、その変化は拡大され、原子の振動を、テープを巻き戻すような形で、容易にモニターすることができた。

　2022年7月14日に学術誌『Nature Physics』に掲載された研究において、科学者チームは、彼らがSATIN（signal amplification through time reversal=時間逆転による信号増幅）と名付けたこの技術が、量子ゆらぎを測定するためにこれまでに開発された方法の中で最も感度が高いことを実証している。

　この技術により、現在の最先端の原子時計の精度は15分の1に向上し、宇宙の全時代にわたって20ミリ秒以下の誤差しか生じないほど正確なタイミングを実現することができる。また、この技術は、重力波やダーク・マターなどの物理現象を検出するための量子センサーをさらに研ぎ澄ますために使われる可能性もある。

「MITのレスターウルフ物理学教授筆頭著者のヴラダン・ヴレティック氏は、「我々は、これが未来のパラダイムだと考えています。多くの原子で動作するあらゆる量子干渉が、この技術から利益を得ることができます」
　と語っている。
　この研究のMITの共著者には、筆頭著者のSimone Colombo、Edwin Pedrozo-Peñafiel、Albert Adiyatullin、Zeyang Li、Enrique Mendez、Chi Shuも含まれています。

量子もつれ時間測定
　ある種の原子は、特定の一定の周波数で振動している。この周波数を適切に測定すれば、非常に正確な振り子として機能し、キッチン・タイマーの秒針よりもはるかに短い間隔で時間を刻むことができる。
　しかし、原子1個では、量子力学の法則に支配され、原子の振動はコインの表裏のように変化してしまう。このため、原子の振動を何度も測定することで、その振動を推定することができるのだが、これが「標準量子限界」と呼ばれる限界である。

　最先端の原子時計では、物理学者は何千もの超低温原子の振動を何度も測定し、正確な測定ができる確率を高めている。ただし、このような系には不確実性があり、もっと正確に時間を計ることができたはずである。

　2020年、ヴュレティックの研究グループは、原子をもつれさせることによって、現在の原子時計の精度を向上させることができることを示した。原子がもつれた状態では、個々の原子の振動は共通の周波数に向かって変化するため、正確に測定するための試行回数が格段に少なくなる。

「当時はまだ、時計の位相の読み取りに限界がありました」
　とヴュレティックは言う。

　つまり、原子の振動を測定するための道具は、原子の集団振動の微妙な変化を読み取ったり、測定したりするのに十分な感度をもっていなかったので。

符号を逆転させる
　今回の研究では、既存の読み取り装置の分解能を向上させるのではなく、振動の変化から得られる信号を増大させ、現在の装置で読み取れるようにすることを目指した。そのためには、量子力学のもうひとつの不思議な現象である「時間の逆転」を利用した。

　日常的な古典的ノイズから完全に隔離された原子の集まりのような純粋な量子系は、予測可能な方法で時間的に前進し、原子の相互作用（振動など）は、その系の「ハミルトニアン」（基本的にその系の全エネルギーの数学的記述）によって正確に記述されると考えられている。

　1980年代、理論物理学者たちは、ある系のハミルトニアンを逆転させ、同じ量子系を脱進化させると、その系はあたかも過去に戻ったかのようになると予言した。

「量子力学では、ハミルトニアンがわかっていれば、その系が時間を通じて何をしているかを、量子の軌跡のように追跡することができます。この進化が完全に量子的であるならば、量子力学は、脱進化、つまり、初期状態に戻って行くことができると教えてくれます」
　と、ペドロゾ＝ペニャフィエルは説明している。

「そして、ハミルトニアンの符号を逆にすることができれば、系が前方に進化した後に起こったあらゆる小さな摂動は、時間を戻せば増幅されるというわけです」
　とコロンボは付け加えている。

　研究チームは、今日の原子時計に使われている2種類の原子のうちの1つであるイッテルビウムの超低温原子を400個用いて研究を行った。この温度は、熱などの古典的効果がほとんど消失し、原子の振る舞いが純粋に量子効果に支配される温度である。

　研究チームは、レーザーを使って原子を捕獲し、青く光る「もつれ」光を照射して、原子が相関した状態で振動するように仕向けた。次に、もつれた原子を時間的に前進させ、小さな磁場にさらすと、原子の集団振動がわずかに変化し、小さな量子変化が生じる。

　このようなシフトは、既存の測定手段では検出できない。そこで研究チームは、時間逆転を利用して、この量子信号を増幅させた。これは、赤色に光る別のレーザーを照射し、原子を刺激して、あたかも時間を逆行させるかのように原子を引き離すものである。

　そして、粒子が再び元の状態に戻るときの振動を測定したところ、最終位相が初期位相と著しく異なることがわかった。これは、粒子の前進進化のどこかで量子変化が起こったことを明確に示す証拠である。

　研究チームは、この実験を原子雲50個から400個までの範囲で何千回も繰り返し、その都度、量子信号が期待通りに増幅されることを確認した。その結果、この量子もつれ系は、量子もつれ状態にない同様の原子系に比べて、最大で15倍もの感度を持つことがわかった。このシステムを現在の原子時計に適用すれば、原子時計が必要とする測定回数を15分の1に減らすことができるという。

　研究者らは今後、この方法を原子時計や、ダーク・マターなどの量子センサーに適用して検証したいと考えている。

ヴュレティック教授は言う。
「地球のそばを漂うダーク・マターの雲は、局所的に時間を変化させる可能性があります。そこで、オーストラリアとヨーロッパ、アメリカの時計を比較して、時間の流れ方が突然変わるかどうかを調べる人がいます。私たちの技術は、まさにそのような場合に適しています。なぜなら、雲が通過する際に、素早く変化する時間の変動を測定しなければならないからです」

参考:
ナゾロジー;量子実験で「時間の矢」が逆転することが実証される

Posted at 2022/07/20(Wed) 03:58:51

オカルト・心・科学 | コメント(0) | トラックバック(0) | この記事のURL

この記事のトラックバックURL ->