新しい回路は、量子力学によって許可された最も弱い無線信号を検出します

弱い高周波電磁場の検出は、電波天文学への核磁気共鳴画像法を含むいくつかの分野で重要な役割を果たします。

量子光学では、最も弱い信号は単一光子です。極低温でも熱ゆらぎを止めることができないため、メガヘルツ周波数で個々の光子を検出して操作することは非常に困難です。

現在、デルフト工科大学の物理学者は、そのような検出を可能にするシステムを開発しました。彼らは、量子力学の理論によって可能になる最も弱い信号（光子またはエネルギーの量子）を検出するための量子回路を構築しました。

量子力学では、エネルギーは「量子」と呼ばれる小さなチンクの形で現れます。これを例を挙げて説明させてください。たとえば、ショッピングカートを押しているとします。古典物理学のように、もっと速く行きたい場合は、カートに追加のプッシュを与えることができ、より多くのエネルギーとより多くの速度を提供します。

ただし、量子力学の法則はまったく異なります。カートのエネルギーを増やすことができるのは、一度に1つの「量子ステップ」だけです。これらの「量子ステップ」は弱すぎてカートを押すことができません。実際、単一の量子ステップを正確に検出するデバイスはほとんどありません。同じことが電波にも当てはまります。

参照：ScienceMag | doi：10.1126 / science.aaw3101 |デルフト工科大学

この研究で構築された研究者は、無線周波数信号のこれらの小さな量子ステップを実際に検出できます。新しい回路量子電磁力学アーキテクチャにより、量子レベルでの高周波共振器の読み出しと操作が可能になります。

この研究で開発されたクォンタムチップ（1 * 1cm）|出典：デルフト工科大学

このアーキテクチャは、回路量子電磁力学をメガヘルツ周波数範囲の他の物理システム（巨視的な機械的発振器やスピンシステムなど）とインターフェースさせるためにも使用できます。

チームは、量子センシングのアプリケーションを超えて量子メカニズムを採用することを目指しています。彼らは量子重力を探求したいと考えています。量子電磁気学の理論は1920年代に最初に定式化されましたが、物理学者は重力を量子力学に適合させる方法を理解できていません。

研究者たちは、量子ラジオを使用して、大きな物体の量子振動を聞いて操作することを計画しています。彼らはまた、量子重力と力学を組み合わせて、何が起こるかを見ようとします。

読む：科学者は量子コンピューターを使って時間を逆転させる

もちろん、そのような実験を実行するのは簡単ではありませんが、成功した場合、時空自体の量子重ね合わせを作成できる可能性があります。これには、一般相対性理論と量子力学の両方を十分に理解する必要があります。

産業技術