このような光を、科学者たちは比喩的に「猫状態の光」と呼びます。
この光を使えば、それを電子などの物質に当てることで、物質にも光と同じような不思議な状態を作り出せるのではないか――そんな夢のようなアイデアが近年注目を集めています。
ところが現実は、なかなか簡単には進みません。
これまでの研究や理論計算によると、猫状態の光を使ったとしても、その光がとても強く(振幅が大きく)なった場合には、電子の集団は量子的な重ね合わせ状態にはならず、結局は「右向きか左向きか、どちらか一方だけの状態」に落ち着いてしまうことが知られていました。
これは、量子の世界で「重ね合わせの状態」が非常に壊れやすく、電子が多数集まるような大規模な系になるほど、光が運んだせっかくの「量子のゆらぎ」(位相と呼ばれる微妙な情報)が、平均化されて簡単に消えてしまうからです。
つまり、せっかく量子状態を物質に渡そうとしても、その物質が持つ規模が大きいほど、量子の繊細さが失われてしまい、普通の状態に戻ってしまうわけです。
実際、大規模な(振幅が大きな)猫状態の光を物質に当てると、電子の集団は全体として「古典的な混合状態」という普通の状態に見えてしまうことが理論的にも示されていました。
言い換えるならば、「量子の猫を光から物質へ渡すこと」は、現実的には非常に難しいことだったのです。
では、このような難題にどうやって対処すれば良いのでしょうか?
そこで今回、研究を行った科学者は、とてもユニークな作戦を思いつきました。
それは「光の状態を途中で測定してしまう」という逆転の発想です。
通常、量子の世界では「観測や測定」はとても厄介なもので、量子状態を壊してしまう原因だと考えられています。
しかし研究者は、逆にこれを利用する方法を見つけました。
具体的には、電子に猫状態の光を当てたあと、光が電子と作用した後の状態を測定します。
ここで行われる測定とは、光に含まれる光子の数が偶数なのか奇数なのかを見分ける「光子数パリティ測定」と呼ばれる方法や、あるいは光の波の高さや向き(振幅・位相)をとても細かく測る「ホモダイン測定」という方法です。