光を波と粒子の状態でとらえることに世界で初めて成功!! 量子コンピュータ技術にも応用可能!!


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現代科学では、光は波と粒子の2つの状態で存在していると考えられており、この仮説はアルベルト・アインシュタインが提唱したことでも有名です。しかし実際に、2つの波と粒子という2つの状態が同時に存在しているという矛盾したものを確かめることができませんでした。

ところが最新研究で、この矛盾状態をとらえることに成功しました。

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この光の波と粒子の状態をとらえることに成功したのは、スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チーム。電子顕微鏡を用いることで、撮影することに成功しました。

写真を見てみると、光な波のようにうねっていると同時に、粒子のように球体を形成していることが確認できます。

そもそも光は、19世紀までは波だと考えられていましたが、アインシュタインが「光電効果」が説明できないことなどから、光を粒子と考えることを提唱しました。この「光量子仮説」によって、「光電効果の法則の発見等」でアインシュタインはノーベル物理学賞を受賞しました。

その後、光には波と粒子の2つの性質が存在していると考えられるようになります。しかし、この2つの性質を観測することはできませんでした。

そこで研究チームは、直径0.00008mmという非常に細い金属製のナノワイヤーにレーザーを照射し、観測することにしました。その結果、ナノワイヤーの中の光子がレーザーからエネルギーを与えられることで振動し、ワイヤーを往復し、このとき発生した動きが光の定在波となりました。この光の定在波を顕微鏡でとらえるために、電子をぶつけることで光子の速度を変化させ、その変化によって出現した量子をとらえることで、光の2つの状態をとらえることに成功しました。これはオーロラが形成される原理にも似ています。

この実験は、光の2つの状態をとらえただけでなく、世界で初めて量子をとらえた実験ともなりました。また量子現象を制御する技術は、量子コンピュータの研究にも応用できます。

多くの人が光を想像するときに、波と粒子という矛盾する2つの性質から、その形状がどのようなものなのか頭を悩ませていましたが、こんな風になっていたんですね。

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