「世界初」宙に浮くダイヤを「量子の力」で揺らすことに成功

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この研究の概要

発表

2026年10月7日に、科学誌『Science Advances』に論文が掲載されました。

研究チーム

沖縄科学技術大学院大学(OIST)量子マシンユニットのジェイソン・トゥワムリー教授と、博士課程の学生のアンシュマン・ナヤクさん、キム・デヒさんらによる4人のチームです。

調べた対象

「NV中心」というダイヤモンドの中の欠陥をたくさん含むダイヤを、磁石の上に浮かぶ黒鉛の板から吊り下げた、重さ128mgの装置です。

調べ方

緑色のレーザーを、装置が揺れやすいリズム(1秒に約18回)に合わせて点滅させ、NV中心の電子のスピン(小さな磁石のような性質)の状態をくり返し切り替えて、装置の揺れを光で測りました。比べるために、ダイヤの下の磁石を外した場合と、スピンをそろえられない赤外線のレーザーに替えた場合も試しました。

分かったこと

装置は光の点滅に歩調を合わせて揺れ、真空の中では揺れ幅がおよそ1.5μmになりました。磁石を外したり赤外線に替えたりすると大きな揺れは消え、装置を動かしていたのは光の熱などではなく、スピンの状態による磁気の力だと確かめられました。

まだ分かっていないこと

装置を量子の重ね合わせ(いくつもの場所に同時にある状態)にすることはまだできておらず、本当に量子的な揺れをつくるのが次の課題です。その先にある、重力が量子のルールに従うのかという問いも、まだ確かめられていません。

量子力学は、原子や電子のような、目に見えないほど小さな世界のルールを説明する物理学です。

この小さな世界は、私たちのまわりの物の世界から見ると、とても不思議な世界です。

たとえば、電子や光は「粒」のようにも「波」のようにもふるまいます。

また量子力学では、1つの物が、いくつもの状態が重なった「重ね合わせ」の状態にあると考えます。

ところが、それを調べる(観測する)と、そのうちのどれか1つに決まって見えます。

物が同時にいくつもの場所にある「位置の重ね合わせ」は、これまでとても小さな物でしか確かめられていません。

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原子の世界で見えていた「スピンの力」

量子の不思議を大きな物体で確かめる手がかりは、100年ほど前の実験にあります。

電子のような小さな粒は、それぞれが小さな磁石のような性質を持っていて、これを「スピン」と呼びます。

磁場の強さが場所によって違う所では、スピンの状態によって、粒が受ける力が変わります。

この力を使った研究の出発点が、1921〜1922年のシュテルン=ゲルラッハ実験です。

ただし、このスピンの力を原子より大きな物体で観察するのは、これまで難しいことでした。

シュテルン=ゲルラッハ実験を、光を使ってまねた実験です。量子力学の土台となる考えを確かめるためのもので、1921〜1922年に行われた元の実験とは別のものです。

量子力学が数十ナノメートルより大きな物体でも成り立つのかを調べる試みは、これまでに数多く行われてきました。

しかし、OIST(沖縄科学技術大学院大学)のジェイソン・トゥワムリー教授によると、まだ成功した例はありません。

チームが最終的にめざすのは、重力が量子のルールに従うのかを確かめることです。

そのためには、十分に重い物体を「いくつもの場所に同時にある」状態(重ね合わせ)にしなければなりません。

こうした位置の重ね合わせはミクロな物体でしか実現しておらず、そこでは重力の影響がきわめて弱いのです。

そこで多くの研究者は、ごく小さな物体を浮かせ、少しずつ重くしていく道を選んできました。

一方でOISTのチームは、まず大きな物体を浮かせてから量子の細かな制御へ進む、「大から小へ」の作戦をとっています。

筆頭著者のアンシュマン・ナヤクさんが使うのは、磁石の上に物体を浮かせる「反磁性浮上」という仕組みです。

3つ重ねた円形の磁石の上に浮かぶ、黒いグラファイト(黒鉛)の円盤です。同じ OIST が別の研究で発表した、電源のいらない浮遊台です。

これは磁気浮上列車を持ち上げられる仕組みで、ダイヤを載せたセンチ大の物体も浮かせられるといいます。

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