量子ゼノン効果
量子力学において、量子ゼノン効果(りょうしゼノンこうか、英: quantum Zeno effect)とは、短時間内での観測の繰り返しにより、時間発展による量子状態の他状態への遷移が抑制される現象。観測の頻度を高めていくと、究極的には時間発展が停まり、初期状態に留まり続けることを示唆するため、量子ゼノンパラドックスとも呼ばれる。量子ゼノンという名は「飛んでいる矢は観測している各瞬間で止まっている 」というゼノンのパラドックスに因む。また、ときに英語の諺「見つめる鍋は煮え立たない」(a watched kettle never boils) の量子力学版に例えられる。量子ゼノン効果は1977年にテキサス大学オースティン校の物理学者B. ミスラとE. C. G. スダルシャンによって、提起された。ミスラとスダルシャンは粒子が崩壊する不安定量子系で議論を行い、観測の繰り返しの極限では粒子が崩壊しないパラドックスが生じることを指摘した。1990年にアメリカ国立標準技術研究所のW. M. イターノらの研究グループはベリリウムイオンによる3準位系を用いた実験で量子ゼノン効果を初めて実証した。近年、量子情報理論では、量子ゼノン効果による量子状態の制御により、量子計算の妨げとなるデコヒーレンスを抑制する試みが提案されている。
量子ゼノン効果は1990年にアメリカ国立標準技術研究所のW. M. イターノらの実験によって、初めて確認された。イターノらの実験はベリリウムイオンBeによる3準位系を用いたものである。まず、約 5×10 個のベリリウムイオンは、電場と磁場を組み合わせたペニングトラップ(英語版)に閉じ込められ、レーザー冷却で冷却される。ベリリウムイオンは最初にレーザー光による光ポンピングで準位1の状態 |1⟩ に準備される。ここで共鳴無線周波数の磁場パルスを印加することで、準位1の状態 |1⟩ と準位2の状態 |2⟩ の間でラビ振動が起きる。ここで初期状態が |1⟩ であるとき、時刻 t での |1⟩ と |2⟩ の生存確率はそれぞれ、
p 1 ( t ) = cos 2  ( Ω t / 2 ) = 1 2 { 1 + cos  ( Ω t ) } {\displaystyle p_{1}(t)=\cos ^{2}{(\Omega t/2)}={\frac {1}{2}}\{1+\cos {(\Omega t)}\}}
p 2 ( t ) = sin 2  ( Ω t / 2 ) = 1 2 { 1 − cos  ( Ω t ) } {\displaystyle p_{2}(t)=\sin ^{2}{(\Omega t/2)}={\frac {1}{2}}\{1-\cos {(\Omega t)}\}}
で与えられる。但し、Ω はラビ振動数である。もし、この磁場パルスの印加時間を T = π/Ω(πパルス)とすると、時刻 T には状態は完全に |2⟩ に遷移し、
p 2 ( T ) = 1 {\displaystyle p_{2}(T)=1}