量子物理：SQUID-on-tipを使ったエネルギー散逸の画像化
Nature
このほど量子系のエネルギー散逸を観測できることが実証された。今回の研究で用いられた低温熱イメージング法は、量子系（例えば、量子情報の保存に用いられる量子系）の微視的な振る舞いに関する新たな手掛かりを得る上で役立つ可能性がある。この研究成果を報告する論文が、今週掲載される。
散逸とは、エネルギーが1つの形態から別の形態（基本的に利用不能な形態）に不可逆的に変化することを意味し、量子現象と古典的現象を区別する主な特徴の1つになっている。散逸が起こると量子情報が破壊されるため、量子状態を保存するには散逸を非常に弱くする必要があり、そのために散逸の測定が難しくなっている。そうしたエネルギーの流れを画像化するための既存の技術は、感度が不十分で、量子系の研究に求められる極低温域で作動しない。
今回、Dori Halbertalの研究チームは、極めて低いエネルギー散逸過程の熱的特徴を既存の方法より高い分解能と感度で画像化できるSQUID-on-tip（鋭利なピペットの先端に取り付けた超伝導量子干渉デバイス）を開発した。そして、このナノスケールの温度計を使って、カーボンナノチューブとグラフェンにおける散逸の画像化が行われた。
The ability to observe energy dissipation in a quantum system is demonstrated in a study published online this week in Nature. The cryogenic thermal imaging technique reported in the paper may help uncover new insights into the microscopic behaviour of quantum systems, such as those used for the storage of quantum information.
Dissipation - the irreversible transformation of energy from one form into another (essentially unusable) form - is one of the main characteristics that distinguish quantum and classical phenomena. Dissipation demolishes quantum information and therefore needs to be very weak to preserve a quantum state, making dissipation difficult to measure. Existing techniques for imaging such energy flows are not sufficiently sensitive and are unable to operate at the extremely low temperatures required for studying quantum systems.
Dori Halbertal and colleagues developed a superconducting quantum interference device mounted on the tip of a sharp pipette (SQUID-on-tip) capable of imaging the thermal signature of extremely-low-energy dissipation processes with much greater resolution and sensitivity than existing methods can. The authors use their nanoscale thermometer to image dissipation in carbon nanotubes and graphene.
doi: 10.1038/nature19843
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