量子情報理論における大きな未解決問題だった「一般化量子Stein（シュタイン）の補題（generalized quantum Stein’s lemma）」の証明に成功しました。物理学には、エネルギーをどれだけ効率良く変換できるかを決める「熱力学第二法則」があります。量子情報処理にもこれに似た法則があると考えられてきましたが、その定式化の鍵となる「一般化量子Steinの補題」の既存の証明に誤りがあることが近年判明し、重要な未解決問題となっていました。今回の成果によりこの問題が解決され、量子コンピューターでの計算や通信に使われるリソースをどれだけ効率良く変換できるかを決め...

シリコン空孔中心の電子スピン量子ビットに対して反復的な量子フィードバック制御を行い、それにより生じる量子情報の「流れ」を活用することで、熱力学的エントロピーを減少させる「マクスウェルのデーモン」を実験的に実現した。量子情報流を含む熱力学の基本法則の実験的な検証に成功し、フィードバック制御の因果構造が熱力学に与える影響を解明した。本研究は、熱力学的に高効率な量子制御の実現や、複雑な因果構造を持つフィードバックを用いた量子熱機関の設計につながることが期待される。東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の矢田 季寛 大学院生、沙川 貴大 教授、同大学 素...

カーボンナノチューブ（CNT）に光を照射すると発生する励起子は、CNTの光電特性を左右する重要な役割を担っているが、その空間的広がりは非常に小さく、寿命も極めて短いため、従来の計測技術では励起子の挙動を直接観測することは困難だった。フェムト秒赤外パルスを用いた超高速赤外近接場光顕微鏡を用いて、CNT内の励起子の局所的な超高速ダイナミクスを実空間で観測することに成功した。特に、CNT内部の微小な格子歪みや隣接するCNTとの相互作用といったナノスケールの局所環境が、励起子の生成と消滅に与える影響を解明した。励起子の局所的な超高速現象を理解することは、その制御技術の...

私たちの身の回りから宇宙に至るまで、流れや渦が複雑にもつれ合う「乱流」は、自然界のさまざまな現象に関わっています。中でも超高温の核融合プラズマでは、密度や温度、磁場のような複数の物理量の揺らぎが入り混じって連動し、非常に複雑な乱流が発生します。自然科学研究機構 核融合科学研究所の彌冨 豪 特任研究員（論文投稿時は総合研究大学院大学 大学院生）、駒澤大学の仲田 資季 准教授（兼、理化学研究所 数理創造研究センター 数理基礎部門 客員研究員）の研究チームは、量子力学の理論で活用される情報量（情報エントロピー）やその数学的記述法に着想を得て、「情報量の視点」で乱流の状態遷移や相互作用を読み...