シュトゥットガルト大学の研究室で、通常は塵粒ほどの大きさしかない原子が、突如として巨人と化した。その電子軌道は直径1,1マイクロメートルに達し、通常の原子の一万倍もの大きさになった。まさにこうした「膨れ上がった」リュードベリ原子によって、物理学者たちは同時に三つの世界記録を打ち立てることに成功した。
成功の鍵は、室温下で円形リュードベリ状態へと移行したことにある。これまでは熱放射から守るために液体ヘリウムによる冷却が必要だった。ティルマン・プファウ教授とフロリアン・マイナート博士の率いるチームは、原子を黒体放射から遮蔽し、11ミリ秒という寿命を達成した。これは従来の結果の二十倍である。同時に彼らは、光ピンセットにおける保持時間の記録も樹立した——133ミリ秒である。
リュードベリ原子は五マイクロメートルの距離で相互作用する。これは原子の尺度からすれば途方もない距離である。これにより、原子を整然とした配列に並べ、相互作用を精密に制御することが可能になり、量子シミュレータにとって極めて重要となる。光ピンセット中の中性原子は、すでにスケーラブルな量子デバイス向けの最も有望なプラットフォームの一つと考えられている。
この成果は基礎科学にとってのみ重要なのではない。量子情報の保持時間が長くなれば、計算時の誤りの確率が下がり、室温での動作は実用化への最大の障壁を取り除く。研究者たちは、自分たちの手法が1980年代の物理学的アイデアに基づきながらも、現代の量子プラットフォームに適応させたものであると指摘している。
今後数年のうちに、このグループはこれを基盤として、より強力な量子シミュレータ、コンピュータ、高精度センサーを創り出すことを計画している。Nature Communicationsへの掲載は、三つの記録が偶然ではなく、信頼できる量子技術の時代を近づける体系的な突破口であることを裏付けている。
