量子基礎・量子情報の新展開

量子重力理論は未だ解明されておらず、その解明を阻んでいるのは重力の量子化である。一方で、量子化の際に現れる粒子、重力子を検出できれば、解明は大きく近づく。
そのような中で、大きな磁場環境の下では電磁波が重力波へと転換し得るという現象が一般に知られている[1]。これはGertsenshtein機構と呼ばれる。従来、この転換は古典的な波動方程式の理論という枠組みの中でのみ扱われてきた。そして、電磁波もしくは光子が、重力波もしくは重力子へ、転換する確率は、極めて小さいと見積もられてきたのがこれまでの状況である。
しかし近年、この転換現象を量子的な枠組みで捉え、光子や重力子がスクイーズ状態やコヒーレント状態にあるとして設定したとき、重力子への転換確率が大幅に上昇することが明らかになった[2]。これはすなわち、重力子の検出に向けて、まずそれが発生する機構を考えるとき、「光子・重力子転換」が候補の1つに挙げられることを意味する。今回の発表では、[2]の結果も踏まえながら、重力子への転換確率が、量子効果の考慮によっていかに増幅するか明らかにし、重力子の検出へと繋げていくことができるかどうか議論する。

[1] M. E. Gertsenshtein, Sov. Phys. JETP, Vol.14, p.84 (1962)
[2] Taiki Ikeda, Youka Kaku, Sugumi Kanno and Jiro Soda, Phys. Rev. D 112, 103504 (2025)