（レーザー関連）東京大学／世界最低温の励起子に生じたボース・アインシュタイン凝縮体を可視化することに成功

2022/09/16

森田 悠介（物理学専攻 助教）
吉岡 孝高（光量子科学研究センター 准教授）
五神 真（物理学専攻 教授）

発表のポイント

• 物理学の60年来の懸案であった、巨視的な量子現象である3次元半導体中での励起子ボース・アインシュタイン凝縮体（BEC）を直接可視化することに成功した。
• 希釈冷凍機温度での中赤外分光という新たな極低温実験手法を開発することで、複合ボース粒子である励起子によるBECを初めて可視化した。有限寿命の準粒子のBECは、従来の凝縮体と異なる特徴を示している。
• 環境との接触がある系の巨視的量子現象は、超伝導回路など人工量子系を利用した量子コンピューターのエラー制御とも密接に関わるものである。また、開発された希釈冷凍機温度での様々な新しい観察技術は、今後の量子技術開発に役立つものである。

発表概要
ボース・アインシュタイン凝縮（注1）は、量子統計性（注2）という量子論の原理の自然な帰結として、低温高密度で同種のボース粒子群が単一の状態に凝縮するという現象で、相互作用なしで生じる相転移である。生じる凝縮体は、マクロでありながら量子性を示すことから、それを人工的に生成し制御することは、量子コンピューターなどの量子技術への応用上も重要である。特に、半導体や金属中の電子系が示す巨視的量子現象は、エレクトロニクス技術との親和性も高く重要である。