電子や光子といった個々の量子の振るまいや、複数の量子間の相関（量子もつれ^※1）を制御することで、従来の技術の限界を超える量子科学技術が注目されています。特に2025年は、現在の量子科学の端緒となった1925年のハイゼンベルクらによる行列力学の構築から100周年の節目の年になることから、国連総会は2025年をユネスコの「国際量子科学技術年」として宣言しました。この記念すべき年に、内閣府と文部科学省の主催により「エンタングル・モーメント」と題し、私たちを取り巻く「量子・海・宇宙」の世界を科学・技術・芸術のコラボレーションで体感する企画展が開催されます。 一方、京都大学はノーベル賞を受賞した、湯川秀樹博士、朝永振一郎博士、福井謙一博士を始めとする多くの研究者らが量子科学の発展に長年貢献し続けています。その中で、京都大学大学院工学研究科の竹内繁樹教授の研究グループでは、量子としての光の振るまいを長年研究し、量子もつれや量子干渉について多くの成果を上げ、また量子もつれの性質を利用した新たなセンシング技術である光量子センシングの研究を推進しています。 このような、量子もつれやそれを用いた量子科学技術の進展にともない、「量子もつれ」という言葉も聞かれるようになってきました。しかし、量子もつれ状態にある光や、そこにみられる、2022年のノーベル物理学賞の受賞対象になった「ベルの不等式のやぶれ」などの、量子もつれに関係する不思議な現象に関し、その場で実際に動作する装置での展示は知る限りにおいて今までなく、一般の方が直接見たり触れたりする機会はありませんでした。 今回、竹内繁樹教授らの研究室メンバーを中心とし、京都大学総合研究推進本部、京都大学成長戦略本部、京都大学博物館、及び京都大学桂地区事務部などからなる京都大学万博量子展示チームは、「量子もつれ」の不思議な世界を、実際に量子もつれ光子対を利用したその場で実際に動作している装置により体験するという、一般公開では知る限り国内初となる展示を行います。また、島津製作所やsantec Holdingsなどの協力を得て、従来の技術の限界を超える、量子もつれ光を用いた「光量子センシング」技術とその社会への波及についても紹介します。

「量子もつれ」の展示は、「エンタングル・モーメント」の全展示領域内の約100m²の領域で行います。展示は下記の３つのZONEから構成され、展示物の概要は下記となります。本展示は、朝永振一郎博士のエッセイ「光子の裁判」^※２に登場する“波乃光子”をモチーフとしたキャラクター「ミツコ」が皆様をご案内します。

ZONE１　「光子の不思議と光量子センシング」

プロローグとして、光の最小単位が光子であること、その光子の特徴、もつれ光のイメージを説明する。

ZONE２　「量子もつれ光の不思議を体験」

最先端の光量子もつれの実験装置を万博会場で動作させ、来場者に不思議な現象を体験していただく。

ZONE３　「量子もつれが変える世界」

従来の技術の限界を超える量子もつれ光を用いた「光量子センシング」技術について紹介。

用語解説

※１　量子もつれ

量子もつれ（Quantum Entanglement）とは、２つの異なるシステム間で相関した状態が２つ以上あり、それらが（量子において複数の状態が同時に成立する）量子重ね合わせ状態にあることを言います。1935 年にアインシュタインとボーアが、その存在について議論を闘わせたことが有名ですが、現在ではさまざまな量子技術の重要なリソースとして利用されています。

※２　光子の裁判

朝永振一郎博士が昭和24年に記したエッセイ。被告人「波乃光子」が二つの窓を同時に通ったと主張することを量子力学を用い検証する裁判劇。「量子力学的世界像」（みすず書房）など多くの書籍に掲載されています。