要旨：

量子センシングは、超低温原子や分子といった量子系の極めて高い感度を活用し、古典的な限界を超えた環境の微細な変化を検出する技術である。この感度は、例外点（EP）付近――固有状態が合体して非線形応答、非互換ダイナミクス、およびphase 遷移を生み出す臨界パラメータ領域――で特に顕著になる。例えば、量子散乱の例外点は、粒子が障壁を妨げられることなく通過する「不可視点」に対応する。 我々は、1次元ポテンシャル障壁と相互作用する量子粒子について、実験的に実現可能なEPを確立することで、これらの特性を活用した高精度量子分子センサーの開発を目指している。パリティ・時間反転対称性を持つphase 遷移と、光学的な実装が容易であるという理由から、三重ガウスポテンシャルを解析対象とする。 粒子データはシュレーディンガー方程式を数値的に解くことで算出され、解析的な転移行列法を用いて三重長方形ポテンシャルとの比較検証が行われた。我々は、三重ガウスポテンシャルを用いたEP不可視効果の実現に理論的に成功したことを示しており、これはルビジウム-87のボーズ・アインシュタイン凝縮体と空間光変調器を用いた超冷原子実験によって検証可能である。 重要な発見として、3つのガウス障壁のうち中央の障壁を高くすると、特定のエネルギーのみを選択的に通過させる量子フィルターとして機能し、EPが融合することが明らかになった。さらに、3つの無限に薄い障壁から構成される理論系である三重デルタポテンシャルにおいて、新たなEPを発見した。これは、現在高精度量子センサーとして研究が進められている光学システムの、原子または分子レベルでの直接的なアナログとして機能する。 EPの理解は、地震の早期検知のための高感度量子センサー、効果的な診断と治療のための「不可視」ナノ粒子を用いた非侵襲的バイオセンシング、化学反応性に対するエナンチオ選択的量子制御など、幅広い応用が期待される。本プロジェクトは、さらなるEP研究の基礎を築くものであり、今後の研究では、実用的な原子・分子量子技術の開発に向け、実験的検証を支援するための熱雑音の導入や、3次元システムに関するモデリングが組み込まれる予定である。

登壇者：

シュリカー・ドゥラム、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校

シュリカー・ドゥラムは、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の学部生で、コンピュータサイエンスと物理学を専攻しています。彼の研究関心は、量子物理学と計算科学の交差点にあり、特に量子コンピューティングと量子センシングに焦点を当てています。