なぜ鏡で囲むことで量子ノイズが消えてしまうのでしょうか。
鍵は「粒子と鏡に映った粒子像の区別がつかなくなる(粒子自身から光が運んでくる情報と、鏡に反射されてやってきた情報の区別ができなくなる)」点にあります。
半球鏡の中心に粒子を置くと、その粒子から出た光(散乱光)が鏡で反射し、再び粒子のもとに集まってきます。
鏡が条件通りに設計されていれば、反射光は粒子からの散乱光と同位相で重なり合い、両者が完全に一致します。
その結果、観測者(例えば鏡の外側で散乱光を検出するセンサー)にとって、粒子が放った光と鏡からの反射光を区別することができなくなります。
言い換えれば、粒子の “ありか” を示す光のゆらぎが丸ごと覆い隠されるため、位置情報を読み取れず、粒子が「見えない」状態になります。
そしてそのような状況になれば、情報を奪い合うことから生じる量子バックアクションも起きなくなるというわけです。
研究チームのラファウ・ガイエフスキ氏は、鏡の中心に粒子を置くことで「測定が不可能になれば、ゆらぎも消える」と表現しています。
観測装置が位置情報を引き出せないならば、測定によるランダムな“キック”も発生せず、量子の揺らぎは極限まで小さく抑えられます。
これは粒子の動きを光で見る方法が失われれば、粒子を乱す要因そのものが消えてしまうという逆説です。
線形な位置測定が不可能になると、測定に起因する粒子への反作用(撹乱)も同時に極限まで小さくなると考えられます。
これこそが鏡によって量子バックアクションが「音もなく」消える仕組みです。
仕組みをより具体的に解説
実像と鏡像が溶け合って位置の手がかりが得られなくなるとき、その領域ではそもそも観測に必要な情報が光から抜け落ちてしまいます。測定できない以上、測定によって粒子を“蹴る”ような作用も発生しません。言い換えれば、粒子を乱す原因が「測定という行為」だとすれば、測定不能な状態ではその乱れ自体が生じなくなるのです。「どこにあるかを知ろうとする過程があるからこそ、粒子が揺さぶられる」という量子力学の基本原理が、極端なかたちで現れているといえます。つまり観測の仕組みと撹乱は表裏一体であり、ひとたび観測そのものが成立しなければ、撹乱もともに消えてしまう――これが“本物と反射の区別がつかない”測定不能ゾーンの正体なのです。(※因果律は保たれていますが量子力学の新たな不思議が強調される結果になったわけです)