「不確定性原理」メモ
「不確定性原理」の例外を実証＝量子物理学の根幹の一つ―名大など
時事通信 1月16日(月)3時4分配信
量子物理学の世界では、粒子の位置と速度のような対になる物理量を同時に精密に測定することはできないという基本原理（ハイゼンベルクの不確定性原理）があるが、名古屋大とウィーン工科大の研究チームは、これが成立せず、両者を同時に精密測定できる場合があることを実験で証明した。論文は15日付の英科学誌ネイチャー・フィジックス（電子版）に掲載される。
量子物理学の基礎原理の一つを見直すことにつながるほか、量子コンピューターや量子暗号技術の開発にも影響を及ぼす可能性がある。物理の教科書が一部書き替えられることも想定されるという。
量子物理学では、測定する行為自体が測定対象に影響を与える。仮に電子の位置を知るためには光を当てる必要があるが、光のエネルギーが、電子の速度（運動量）を変えてしまう。逆にエネルギーが小さければ影響は少なくなるが、引き換えに位置の特定精度が下がる。ドイツの物理学者ハイゼンベルクは1927年、これを定式化し、測定誤差は一定の値（限界値）を下回ることができないとした。
名古屋大大学院の小澤正直教授は2003年、測定前の状態によっては不確定性原理の限界以上の精度で精密測定ができるとした新たな原理を定式化。ウィーン工科大の長谷川祐司准教授らが開発した中性子の精密測定装置で、実証を試みてきた。
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朝日
物理の根幹、新たな数式 名大教授の予測を実証
図：不確定性原理を示す式拡大不確定性原理を示す式
科学技術の根幹にある量子力学の「不確定性原理」を示す数式を書き換える、名古屋大の小澤正直教授の予測が、ウィーン工科大の長谷川祐司博士らの実験で確認された。１５日付で科学誌ネイチャー・フィジックス電子版に報告する。絶対に破られない量子暗号などの技術開発に役立ちそうだ。
不確定性原理は、「粒子の位置と運動の様子（運動量）を同時に正確に測れない」などとする量子力学の根本的な理論で、ノーベル賞学者のハイゼンベルクが１９２７年に提唱した。電子などの位置を超精密に測定しても、限界があることを示す不確定性原理の不等式は、物理学の教科書にも載せられてきた。
小澤教授は１９８０年代からこの考え方に挑戦。２００３年に、より精密な不等式を発表した。ところが、粒子レベルの極めて微細な現象で、これらの違いを実験で観測することが非常に難しかったため、いずれが正しいか、確認されていなかった。
長谷川博士らは、原子炉からの中性子のスピンと呼ばれる性質を超精密に観測する手法を開発。その観測から、従来の式が成り立たない例が示され、「小澤の不等式」が肯定される結果を得た。
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約８０年前に提唱されたミクロな世界を説明する量子力学の基本法則「不確定性原理」に欠陥があることを、小澤正直・名古屋大教授と長谷川祐司ウィーン工科大准教授のチームが世界で初めて実験で発見した。高速の暗号通信技術への応用や教科書の書き換えを迫る成果といい、１５日付の英科学誌ネイチャー・フィジックス（電子版）に発表した。
髪の毛の太さの１０万分の１以下の原子の世界では、粒子が波としても振る舞うといった両面性があるなど、不思議な現象が起きる。こうした現象を説明するために提唱された基本法則が「位置と速度のように二つの物理量は、同時に精密測定できない」と定めた不確定性原理だ。
例えば、電子などの位置を測るには光を当てる必要があるが、エネルギーで速度（運動量）が変わる。エネルギーを小さくすれば影響は小さくなるが、位置の精度は落ちる。逆に速度を知ろうとすると位置が変わってしまうため、ミクロの世界には測定限界があると考えられてきた。
しかし技術の進歩に伴い、１９８０年代ごろから、この理論ではすべて説明できないとの指摘が出始めた。
小澤教授は２００３年、不確定性原理には理論的に欠陥がありうるとした「小澤の不等式」を発表した。チームはそれを実証するため、原子を構成する中性子の「スピン（自転）」の向きに関連した二つの値を精密に測定。測定限界を超えた精度で二つの値を測ることに成功し、小澤の不等式が成り立つ一方で、不確定性原理とは矛盾のあることを確認した。
今回の発見を応用すれば、解読するとその情報が変化して分からなくなる「先端暗号技術」の通信速度向上などに役立つ可能性があり、小澤教授は「成果は、広範に応用できるのではないか」と話す。【野田武】
【ことば】不確定性原理
ドイツの物理学者ハイゼンベルクが１９２７年に提唱した理論。電子など極微の世界では、位置と速度を同時に正確に測ることはできないことを示した。量子力学を否定したアインシュタインとの議論を経て考案したとされる。決められないことがあるとの考え方は、哲学など他分野にも大きな影響を与えた。ハイゼンベルクは量子力学の発展への貢献で、１９３２年に３１歳でノーベル賞を受賞した。
毎日新聞 2012年1月16日 3時00分
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読売
量子物理学の原理崩す成果…名大など実験結果で
電子など小さな粒子の位置や速度を同時に正しく測定することは不可能とする「ハイゼンベルクの不確定性原理」が、常には成り立たないとする実験結果を、ウィーン工科大と名古屋大の研究チームがまとめた。
８０年以上前に提唱された量子物理学の基本原理を崩す成果で、ナノ科学での新たな測定技術開発の手がかりになるという。１５日付の科学誌ネイチャー・フィジックス電子版に掲載される。
物が見えるのは、物に当たった光が反射して、私たちの目に届くからだ。時間をおいて２度見れば、物の動き（速度）がわかる。ただ、光は波長が短いほどエネルギーが大きいので、小さな粒子を見る場合に問題が生じる。短い波長の光を使うほど、粒子の位置は詳しく測れるが、反射した時に粒子をはね飛ばすので、元の速度は測れなくなる。
（2012年1月16日03時04分 読売新聞）
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日経
物理の基本原則ほころび 「不確定性原理」修正か
名古屋大など新理論実証
現代物理学の基本原理と約80年前から認められてきた「不確定性原理」が当てはまらない場合があることを、名古屋大学などの共同研究グループが実験で確かめた。日常生活を支える半導体やレーザーが開発できたのもこの原理を根幹とする理論が基になっている。実験結果は従来の前提を大きく変え、これまでにない画期的な測定・制御技術に道を開く可能性がある。
小澤正直名大教授、長谷川祐司ウィーン工科大准教授らによる成果。15日付の英科学誌ネイチャーフィジックス（電子版）に論文が掲載される。
不確定性原理は、ミクロの世界は一定以上の精度で測れないとしてきた。電子など粒子の位置を知るには光を当てる必要があるが、光の影響で電子の運動量（速度）の測定誤差が大きくなる。正確な位置と運動量を同時に知ることは不可能との立場だ。
研究グループは人工的に発生させた中性子の持つ磁石の性質を２台の装置で観測する実験で、中性子の状態を精度良く測れる方法があることを突き止めた。不確定性原理とは矛盾するが、小澤教授の理論では説明がついた。
電子などの位置や運動量の誤差が正確に分かれば、ミクロの世界を扱う技術への波及効果も大きい。
情報を緻密に制御することで、スーパーコンピューターの能力をはるかに上回る量子コンピューターの実現などに役立つ見通し。盗み見られた痕跡を僅かなデータ変化から読み取り、絶対に盗聴ができない量子暗号通信の高度化にもつながる。
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「ハイゼンベルクの式」、位置と運動量を同時に測れず
2012/1/16 3:00
不確定性原理を示す「ハイゼンベルクの式」は、粒子の位置と運動量を同時に測定しようとする場合、一方の誤差を小さくしようとすると、もう一方の誤差が大きくなるという関係に陥る。
この並び立たない関係はそれぞれの測定誤差を掛け合わせた値が一定値より大きいという数式（不等式）で表してきた。
小澤教授は2003年に同原理の式を発展した「小澤の不等式」を発表した。数式に２つの項を追加した。この式では粒子の位置や運動量の誤差がゼロになっても成立し、測定の精度が上がる。
今回の実験は、粒子の位置や運動量に見立て、中性子の持つ磁石の向きを２台の装置で観測。それぞれの測定誤差について「小澤の不等式」が成立した。
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細谷東工大教授「測定・実験方法進展の契機に」
2012/1/16 3:00
細谷暁夫・東京工業大学教授（理論物理学）の話 量子物理学において従来信じられていた不確定性関係が破れていること（成立しないこと）を実験で示したインパクトは大きい。物理学の教科書が修正されることになるだろう。特に測定の誤差自体が測定できることが示されたのは画期的だ。物理学の様々な分野で、不確定性関係によって従来困難と考えられてきた様々な測定や実験方法を見直す動きが出るだろう。
例えば量子計算機を作ろうとする場合も、不確定性関係を正しく捉え直し、量子測定理論の根本に立脚した量子情報と量子制御の方法を考えるなど、研究が進展する契機になると思われる。
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「不確定性原理」矛盾実証、次世代技術を後押し
スパコン上回る計算機、盗聴されない暗号通信…
2012/1/16 3:00
電子や光のミクロの性質を記述する量子物理学は、現在の情報・エレクトロニクス産業を生み出す基盤になった。その根幹である不確定性原理の修正を意味する小澤正直名古屋大学教授らの成果は、ミクロの世界を制御する新技術につながる期待が大きい。
今回、不確定性原理の矛盾が明らかになったことは、ナノテクノロジーに代表される技術の進歩が極微の世界に一段と肉薄してきたことを印象づける。不確定性原理の制約の下では、これ以上細かく調べても壁にぶつかるとして、未知の境界に切り込めなかった。今後は「条件によっては粒子の位置と運動量が同時に正確に測れる」（小澤教授）と期待される。
応用が見込まれる一例が、スーパーコンピューターよりも超高速計算ができる量子コンピューターの開発だ。量子の情報を正確に把握し制御できるようになれば、実用化への研究が加速することが期待できる。また量子情報通信という、原理的に盗聴がされない通信手段の実用化が進んでいる。ここでもその性能向上に拍車がかかる。
半導体デバイスの開発でも、微細加工技術が限界に近づく中で、電子１個ずつを制御して高速処理する単電子素子など「量子デバイス」への期待が高い。超微細な世界で電子などを精密に制御する技術の重要性が増す。
科学研究でも極めて精密な測定技術が必要とされ、まだ実現していない重力波の観測などに威力を発揮すると予想される。
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不確定性原理とは
2012/1/16 3:00
▼不確定性原理 ノーベル物理学賞を受賞したドイツの物理学者ハイゼンベルクが1927年に唱え、量子物理学の基本原理とされてきた。電子などのミクロな世界では、粒子の位置や運動量を観測や測定によって正確に知ることは不可能だとする。位置と運動量を同時に測ろうとしても、測定という行為自体が粒子の状態を乱し、確定的に知ることができないと説明している。
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約８０年前に提唱され、物理学の基本法則とされる「不確定性原理」に欠点があり、成立しない場合があることを世界で初めて実験で見つけたと、小沢正直名古屋大教授（量子情報科学）らのチームが１５日付の英科学誌ネイチャーフィジックス電子版に発表した。
この原理は、電子や中性子などのミクロの世界を説明する量子力学の根幹で、さまざまな物理現象の測定限界を決めるとされている。欠点の発見で、将来の技術として期待されている量子暗号通信の精度を高める可能性などにつながる。小沢教授は「量子力学の教科書の最初に出てくる式に、書き換えを迫る成果だ」としている。
2012/01/16 03:03 【共同通信】
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しかし、まあ。ほんとにこのブログは使い辛いなあ。
いつも使ってるストーリーエディタの代わりにはならんな。
一時預かりか。
盗聴がされない? 盗聴されない暗号通信?
そうとも言えるが、そういう話じゃないだろう?
異次元通信なんじゃないか? 違うのかあ?
おっかしいなあ。
測定可能ということは、世界は収束するということだろ?
波と粒子だろ?
位置が確定できたら、そんなもん粒子だろ。
違うのかあ?
相変わらずよくわからんなあ。
これらの図は、まともなのか?
ほんとは違うだろ? 特に波がおかしいんじゃないか?
観測の問題をこんなふうに描くかあ?
んー。
こんなんだっけ?
本来は、時間と空間なんじゃないか?
じゃあ、二重スリットの問題はどうなる?
どこにあるのかわかるのか? なら、いくつあるんだ?
波が見えるということかあ。
計算上の表現の問題なのか?
あれ? もしかして、特異点か? 裂け目か? 裂け目がわかるのか?
妄想的にはわかるぞ。
んなわけないか。
