沖縄の実験室で、科学者たちは初めて電子の量子スピンを使ってセンチメートルサイズの物体を動かすことに成功した。グラファイト板の上に吊るされたダイヤモンドは百ナノメートル移動した——これは人間の髪の毛の千分の一に匹敵する距離である。これは単なる技術的な芸当ではない。この実験は、ミクロ世界の力が、私たちが古典的で重力の影響を受けると考えてきた物事にどのように影響しうるかを示している。
沖縄科学技術大学院大学のチームは、ダイヤモンド結晶中の特殊な欠陥——窒素空孔中心——を利用した。これらの欠陥は、レーザー光を用いて電子のスピンを制御することを可能にする。グラファイト板は反磁性のおかげで磁石のチェスボードの上に浮遊し、数ミリグラムの重さのダイヤモンドがその下に吊るされていた。系全体の質量は約128ミリグラムである。
レーザーがパルス状にダイヤモンドを照射すると、電子のスピンが微小な磁気振動を生み出した。この振動は力学的な力に変わり、物体全体を上下に押した。動きは干渉計で記録された。空気中では変位は百ナノメートルに達し、真空中では最大一・五マイクロメートルに達した。重要なのは、この力が熱や振動ではなく、まさに量子効果から生じたということである。
これまでスピン力は個々の原子でのみ観測することができた。今や量子世界と古典世界の境界は、質量において八〜九桁も移動した。この物体はすでに、重力が目に見えて作用するほど十分に大きい——これは、重力が量子の規則に従うかどうかを検証する道を開くものである。
実験は室温で行われ、NV中心におけるスピンの長いコヒーレンスを利用した。科学者たちは強調する。これは大きいものから小さいものへの一歩である、と。反磁性浮上が磁気浮上式鉄道を持ち上げるように、ここではそれが系を外部の妨害から隔離し、純粋な量子応答を見ることを可能にした。
将来的には、この方法は巨視的な重ね合わせ——物体が同時に二か所に存在する状態——の生成に役立つだろう。研究者たちは「シュレーディンガーの猫」のスケールに近づき、暗黒物質や重力波を探すための超高精度センサーを構築することを望んでいる。今のところ運動は古典的なままだが、それは量子の力によって引き起こされている。
この研究はScience Advancesに掲載された。それは、世界の間の境界が思われていたほど越えがたいものではなく、新たな一センチメートルごとに私たちが現実の仕組みの理解に近づくことを示している。
