今週、コロラド州に拠点を置くスタートアップ企業ColdQuantaは、「量子物質をクラウド上に」置いたと発表しました。これは一体何を意味するのでしょうか？この完璧なバズフレーズの組み合わせを紐解いてみましょう。ColdQuantaが「量子物質」と呼ぶのは、絶対零度近くまで冷却された数万個のルビジウム原子の集合体です。「クラウド上」とは、オンライン申請書に記入し、同社の承認を得ることで、同社のウェブサイトを通じて、無料で遠くから原子を触ることができることを意味します。
これらの冷たいルビジウム原子は、私たちが日常的に触れる室温のマクロな物体の原子とは異なり、明確な量子挙動を示します。例えば、粒子と波の両方の性質を持ちます。
「誰でも量子物質を扱えることを示したいのです」と、ColdQuantaの最高技術責任者である物理学者ダナ・アンダーソン氏は述べた。「科学者や量子コンピューティングの研究者が取り組んできた、この奇妙で難解なものに、誰でもアクセスできるのです。」現在、ColdQuantaは初期のソフトウェアバグを修正するため、米国と欧州のユーザー100人に限定しているが、将来的にはアクセス範囲を拡大する予定だ。
冷却原子は、コロラド州ボルダーにあるColdQuantaの研究所内の小さなガラス容器の中にあります。科学者とエンジニアは、原子を操作するためのレーザー、磁石、その他のハードウェアをインターネットに接続しており、ブラウザのボタンをクリックするだけで、文字通りこの奇妙な塊を操作できます。ColdQuantaは、このシステム（原子とそれを支えるハードウェアとソフトウェア）を「Albert」と呼んでいます。
Albertを使えば、自宅で様々なことができます。ガラスセル内のルビジウム原子を拡大して画像化したり、ガラス内部に電磁力場を照射して、原子が障壁を通り抜ける様子を画像化したり、原子を気体からボーズ・アインシュタイン凝縮と呼ばれる別の物質状態へと冷却したりすることができます。また、原子同士を干渉させることで、池の水面の波が山と谷に重なる様子のように、原子の波動的な性質を観察することもできます。ColdQuantaはAlbertを使って、自然観察カメラとふれあい動物園を融合させたような体験を提供しています。Albertの被写体は、人間の髪の毛ほどの太さしかない、非常に冷たい量子の塊です。
突飛な話に聞こえるかもしれないが、同社の目標は量子物質をより身近なものにすることだ。アンダーソン氏によると、彼らは一般の人々にこの物質とその挙動に親しんでもらうことを目指しているという。量子物質という概念を、レーザーという概念と同じくらい身近に感じてもらいたいと思っているのだ。つまり、量子物質とその使い方を想像できるようにしたいのだ。「もし私がレーザーについて話すなら、皆さんは抵抗しないでしょう」とアンダーソン氏は言う。「しかし、レーザーはまさに量子システムなのです。」
https://gizmodo.com/ultra-cold-atoms-recreate-the-expanding-universe-in-tab-1825428077
「これは教育に素晴らしい成果をもたらします」と、ドイツ航空宇宙センターの物理学者リサ・ヴェルナー氏は述べた。ヴェルナー氏はColdQuantaとは関係がない。かつては、量子物質を研究するには、原子を冷却・捕捉するための複雑な装置を備えた実験室を自ら構築し、量子物質を生成しなければならなかった。しかし今では、この資料がクラウド上で利用できるので、教室でその仕組みを説明するのに必要なのはインターネットだけだ。
物理学者たちは、冷却原子の量子性を有用なデバイスに活用する方法を既にある程度示唆している。例えば、量子物質は高精度の重力センサーに応用できるとヴェルナー氏は説明する。原子が互いに衝突して干渉縞を形成すると、その精密なパターンは地球の重力場に応じて変化する。NASAはすでに、冷却原子を用いて地球の重力場をマッピングするプロトタイプセンサーを開発しており、科学者が氷河塊や津波をより正確に監視するのに役立つ可能性がある。ヴェルナー氏によると、これらのツールは他の惑星の組成を研究するためにも利用できる可能性があるという。研究者たちは、ボーズ・アインシュタイン凝縮体に冷却された量子物質を、ブラックホールなどの複雑な自然現象の小型モデルに成形した。これらのモデルを研究することで、実際の物体について情報に基づいた仮説を立てることができる。こうした新興の冷却原子技術は、広義には「量子技術」と位置付けられ、近年、各国が開発競争を繰り広げており、その開発には世界中で数十億ドル規模の投資が約束されている。
専門家たちは、量子物質が想像をはるかに超える応用の可能性を秘めていると考えています。だからこそ、ColdQuantaは、様々なバックグラウンドを持つ人々に量子物質に触れてもらいたいと考えています。「私たちの目的は、人々が創造性を発揮し、自らの問題を解決するための量子システムを設計できるレベルにまで到達できるようにすることです」とアンダーソン氏は述べています。人々に量子物質がどのように役立つかを理解してもらうことで、ColdQuantaは精密に設計されたチップやガラスセルの市場も創出しています。
ColdQuantaのAlbertシステムは、遠隔操作が可能な最初の量子物質システムではありません。2018年には、デンマークのオーフス大学の研究者が600人を招待し、ボーズ・アインシュタイン凝縮体を操るビデオゲームを披露しました。また、ColdQuantaは2018年にNASAジェット推進研究所と共同で、国際宇宙ステーションに量子物質実験室を設置し、地球上の研究者が遠隔でその挙動を監視・制御する取り組みを支援しました。
量子技術に関する一般啓蒙活動は、業界に長期的な利益をもたらす可能性がある。「量子分野の人材は不足しています」と、物理学出身のRANDの量子政策研究者エドワード・パーカー氏は述べた。「この取り組みは、人々が自分の研究室を立ち上げたり、博士課程に進学したりすることなく、冷却原子の物理学に触れる機会を提供するのに役立つと思います。」
