量子世界では鏡の中心で本物と鏡像が溶け合う観測不能ゾーンが発生する

鏡に映った光が“偽物”なのか本物なのか区別がつかなくなる――そんな量子力学の不思議な現象を活かし、ナノ粒子の量子ノイズを大幅に低減する手法が明らかになりました。

イギリスのスウォンジー大学（SU）で行われた理論研究によって、粒子の“実像”と“鏡像”が重なり合い、光を当てても位置情報が得られない状態を作り出せる可能性が示されました

さらに興味深いことに、観測装置が粒子の細かな動きを捕捉できなくなると、それまで粒子を乱していた光のバックアクションがほとんど消えてしまうこともわかりました。

通常、ノイズがあるから観測が上手くいかないのですが、実像と鏡像の区別ができなくさせる観測の不可能性が出てくるとなぜかノイズも一緒に消えてしまうという、一見すると因果に逆らう結果が得られたのです。

本物と鏡像が溶け合ったこの測定不能ゾーンで何が起きているのでしょうか？

研究内容の詳細は2025年4月11日に『Physical Review Research』にて発表されました。

量子計測の宿敵：バックアクションとの闘い

近年、レーザー光で極小の粒子を空中に閉じ込めて精密に操る「浮揚オプトメカニクス」と呼ばれる実験手法が注目されています。

粒子が物理的に接触するものがないため熱の影響が抑えられ、粒子運動を量子の基底状態（最低エネルギー状態）まで冷却することにも成功しています。

これにより、ナノ粒子は極めて高品質な振り子（メカニカル・オシレーター）として機能し、微小な力の検出（例えば重力波や暗黒物質の探索）や、大きな質量の量子現象の検証といった、これまで困難だった実験への応用が期待されています。

しかしこうした測定では、観測に用いるレーザー光そのものが粒子をランダムに押したり引いたりしてしまい、粒子の運動状態（位置や速度）に乱れを与えます。