ボース凝縮体を用いた連続的量子非破壊測定の研究

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量子力学における測定の重要性は、量子情報処理、量子計測などの多岐にわたる。その中で、量子非破壊測定を用いた物理量の連続測定は、量子力学の基礎の検証という学術的意義に加え、古典限界を上回る計測を達成しうる手段としても注目される。これまで、単一の量子系の量子非破壊的連続観測が実証されてきている。本研究では、従来の研究の枠を超えて、量子非破壊的な連続観測を複数の物理量について行う。具体的には、中性ルビジウム原子のボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の集団スピンを複数の地点について連続的にプローブし、系のダイナミクスや量子相関（スピンスクイージング）について研究することを目指している。今年度は、アルカリ原子の量子非破壊測定を妨げる要因となる要素の検討を主に行った。まず、プローブ光による原子のスピン状態の変化の影響を減らすため、実験ごとのプローブパルス強度を安定化させる技術を開発した。また、プローブ進行方向の磁場にともなうスピンの向きの変化に起因する古典的な雑音が、長期的な測定を行った場合に、量子雑音に比べ無視できないことに気づいた。バイアス磁場を増強することでスピンの向きの変化を低減するとともに、原子セル付近の磁場の安定化に適した小型の磁場センサを導入し、その性能評価を行った。さらに、部分的な原子集団を用いた場合にも量子非破壊測定の条件が十分に満たせるように原子集団形状を変更するための、光強度整形技術を開発した。