これが量子バックアクションであり、測定の不確かさ(ノイズ)とトレードオフの関係にあります。

量子力学の不確定性原理によれば、この撹乱ノイズと測定精度の積はある極限値(Heisenberg測定限界)以下には下げられません。

実際、レーザー冷却で粒子の運動を基底状態まで静めても、観測によるわずかな光の反作用が粒子に再びエネルギーを与え、量子状態の保持時間を制限してしまうことが報告されています。

したがって量子バックアクションを抑制することは、量子計測やセンサー応用のさらなる高精度化において非常に重要な課題となっています。

こうした背景から、世界中の研究者たちは量子ノイズ低減の新たな方法を模索してきました。

例えば、観測に用いるレーザー光を特殊なスクイーズド光(量子ゆらぎの片側だけを小さく絞った光)にすることで粒子が散乱する情報を巧みに制御し、バックアクションを低減する提案がなされています。

スクイーズド光とは?

光は「明るさ」と「波のタイミング」という二つのゆらぎを必ず少しずつ抱えていますが、スクイーズド光はこのゆらぎを片方だけ細く「絞る」ことで、もう片方にしわ寄せを集めた特別な光です。たとえばタイミングの揺らぎをぐっと抑えれば、そのぶん明るさの揺らぎは増えますが、時間を測る精度は飛躍的に上がります。逆に明るさの揺らぎを絞れば、光子の数をきわめて正確に数えられるようになります。この“ゆらぎの配分替え”は量子力学が許すギリギリの線で行われ、重力波検出や量子通信の感度を押し上げる切り札として活躍しています。

また粒子そのものの形を工夫し、球ではなく平たい六角形の板を浮かせることで光の放射パターンを変え、バックアクションが作用する空間領域を限定する試みも報告されています。

しかしレーザーによるトラップ光自体は維持したまま、この測定バックアクションプロセスを抑制・制御する道は、まだ十分に開拓されていないのが現状です。