オックスフォード大学の研究チームは、1個のトラップされたイオンを用いて、4次の量子効果であるクワッドスクイージングの初の実証に成功した。5月1日にNature Physics誌で発表されたこの画期的な成果は、複雑な量子相互作用を設計する新たな手法を提示するものであり、量子シミュレーション、量子センシング、そして量子コンピューティングの発展に寄与する可能性がある。
オックスフォード大学の科学者らは、精密に制御された2つの力を1個のトラップされたイオンに組み合わせることで、高度なスクイージングを生成する技術を開発した。これには標準的なスクイージング、トリスクイージング、そしてこれまで到達不可能であった4次の相互作用であるクワッドスクイージングが含まれる。同大学物理学部の筆頭著者であるオアナ・バザヴァン博士によると、この手法は力の加える順序が結果を左右する非可換性を利用しており、従来のアプローチよりも100倍以上速く効果を増幅させることができるという。バザヴァン博士は、「研究室において非可換な相互作用は、望まない力学を導入するため、しばしば厄介なものと見なされてきました。私たちは今回、あえて逆のアプローチをとり、その特性を利用してより強力な量子相互作用を生み出しました」と説明した。チームは周波数、位相、強度を調整することで、ノイズを最小限に抑えながらスクイージングのレベルを切り替えることに成功した。イオンの量子運動の測定により、それぞれのスクイージング次数における明確なパターンが確認された。今回の研究は、ラグヴェンドラ・スリニヴァス博士とロバート・タイラー・サザーランド氏による2021年の理論を基盤としている。共同著者のスリニヴァス博士は、「根本的に私たちは、量子物理学の未知の領域を探求できる新しいタイプの相互作用を実証しました。これから得られる発見に心から期待しています」と述べた。研究者らは現在、この技術を多モードシステムへ拡張し、スピン測定と組み合わせることで、格子ゲージ理論のシミュレーションを目指している。このアプローチは既存の量子プラットフォームのツールを利用するものであるため、精密測定や量子コンピュータにおける応用範囲を広げる可能性を秘めている。
