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量子爆弾検査(Bomb Tester)実習キット![]()
![]() Please Wait ![]() Click to Enlarge マイケルソン干渉計によって生成された干渉縞は観測用スクリーンで観測できます。 量子爆弾検査(Bomb Tester)実習キット
実験
当社の量子爆弾検査実習キットは、「量子爆弾検査(Bomb Tester)」思考実験(1993年ElitzerとVaidmanによって発表1)の中で論じられている「無相互作用量子測定」の原理を実演するために類似の実験を用いています。 キットにはマイケルソン干渉計の組立部品、干渉縞を観察するための観測用スクリーン、ならびに干渉計透過後の光の強度の変化を計測するためのディテクタが入っています。 実験の中には電圧計が必要となるものもありますが、多くの研究室に装備されていることを想定し、このキットには含まれておりません。 電圧計をご入用の場合、当社ではデジタルマルチメータをご用意しております。詳細は、こちらをクリックしてください。 当社ではマイケルソン干渉計実習キットもご用意しております。詳細は「キットの比較」タブをご覧ください。 当社の教育用製品とキット教育用製品シリーズでは、最先端の研究のみならず、多くの古典的な実験を網羅することにより、物理学、光学、フォトニクスを促進させることを目的としています。 いずれのキットにも必要な部品が全て含まれており、詳しいセットアップの手順だけでなく教育内容が盛り込まれた教材も含んだマニュアルが付属します。 これらのキットの価格は、構成部品の金額の総計となっており、付属の教材は無料でご提供しています。 ご不明な点は、当社までご相談ください。 注:これらキットは、ミリ規格の標準品で構成されています。マニュアルと教材は英語でご用意しております。当社ウェブサイトに掲載されている製品の価格表示には、消費税が含まれておりません。 1A. Elitzur, L.Vaidman: Quantum mechanical interaction-free measurements, Foundations of Physics 23, 1993, p. 987-997 量子爆弾検査(Bomb Tester)実習キット「量子爆弾検査(Bomb Tester)」思考実験は、(光子との相互作用により爆発する)爆弾を爆発させる前に検知する方法を提案することにより、無相互作用量子測定の原理を示します。 当社の量子爆弾検査実習キットには学生向けの実験方法の手引きならびに、教育現場で類推の実験を行うための部品と説明書が入っています。 ![]() 量子爆弾検査思考実験の概略図 ![]() Click to Enlarge 当社の量子爆弾検査実習キットにはマイケルソン干渉計を組み立てる部品が全て入っています。 キット全体を示す写真の中で、干渉計の出力部にフォトディテクタが置かれています。フォトディテクタの電圧測定には、別途、電圧計かマルチメータをご用意ください。 量子爆弾検査(Bomb Tester)思考実験標準的なマイケルソン干渉計内ではレーザ光源から出射された光線は、ビームスプリッタによって2本の光線に分岐します。 光はその後、それぞれ直交し、長さが異なる光路(アーム)を伝搬します。そしてその光路の先にあるミラーで反射してビームスプリッタに戻り、再び結合します。 光路差が光の波長の整数倍になるとき、再結合した光の波と波が強めあって、ビームスプリッタの向こうの観測用スクリーン上に明るい領域を生成します。 もし光路差が半波長の奇数倍だった場合、2つの光の波は弱めあいます。 干渉実験は、連続光ではなく単一光子を干渉計に入射することでも行うことができます。 量子力学によると、各光子は干渉計内でそれぞれの光路に存在することに相当する2つの異なった状態になります。 観測される干渉パターンは、2つの状態にある光子の波動関数が重なったことで生成されます。 よってシステムに入射された光子は、2つの波動関数が相殺的に干渉しあってない時のみ観測用スクリーンに到達します。到達場所は、標準的な実験で光子を連続して透過したときに観測される明るい輪の1つです。 この実験を何度も繰り返してスクリーン上の個々の光子の位置を記録すると、干渉縞は再現されます。 さ て、光子経路に目印をつけたらどうなるでしょう? Heisenbergの不確定性原理では、量子力学において、特定のペアの情報は同時に知ることはできないとされています。 たとえば、粒子の位置が正確に分かれば分かるほど、その運動量の確定の精度が下がるということです。 干渉計内で光路に「目印」をつけると光子の位置はわかりますが、それによって波動関数の重なりがなくなり、干渉パターンも消滅します。 量子爆弾検査の思考実験では、この原理を利用して光子と相互作用することなく、物体の存在を検知する方法を実験します。 まず光子を吸収することによって爆発する爆弾がいくつかあるとします。 爆弾の中には作動するものと作動しない不発弾があります。 作動する爆弾と不発弾は光と相互に作用しなければ区別することができません。 しかし、量子力学の「光路」を利用することにより、作動する爆弾を爆発させなくても区別することができるのです。 測定のため、マイケルソン干渉計は生成される干渉パターンの中央が暗い領域になるようアライメントされ、この暗い領域の中央にはスクリーンではなく、ディテクタの入射部分がアライメントされています。 干渉計の1つの光路に爆弾を配置し、単一光子をシステムに入射します。 もし爆弾が不発弾なら、光子と相互に作用しません。 よって干渉計のそれぞれの光路の波動関数が干渉しあうので光子がディテクタの表面に当たることはありません。 もし爆弾が作動する爆弾であれば、光子と相互に作用します。 これによって爆弾のある光路に「目印」がつき、波動関数の重なりはなくなります。 光子は爆弾またはディテクタのどちらかに検出されます。 光子が爆弾と相互に作用した場合には、爆弾は爆発します。 光子がディテクタに到達すれば、干渉計内の爆弾がない光路で波動関数が消滅したことが分かります。爆弾が光子を検知しなかったということは、光子がもう 一方の光路を移動したことを意味するからです。 このように、作動可能な爆弾を爆発させなくても区別することができる可能性が生じます。 類推実験当社の「量子爆弾検査」類推実験はマイケルソン干渉計を使用します。 キットには、干渉計のセットアップを組み立てる全ての部品と観測用スクリーンならびにフォトディテクタが入っています。 この類推実験では、単一光子光源ではなく、グリーンレーザ光源が用いられています。 干渉計は、干渉パターンの中央に暗い領域が出来るよう設定がされており、その中央にディテクタを置きます。 「不発弾」は干渉計内のどちらの光路にも物体を配置しないことによって再現し、お手持ちの電圧計かマルチメータ(デジタルマルチメータDVM1など)を使用して、ディテクタの電圧の読み出しを記録します。 次に、干渉計内の1つの光路をブロックすることにより作動する爆弾をシミュレーションして電圧を記録します。「不発弾」と作動する爆弾の図は、マニュアルにも掲載されています。 思考実験で述べたように1つの光路に物体を置くことによって干渉パターンが消滅するのでディテクタに入射される光量は増加します。 干渉計内の1つの光路がブロックされた時の光量の割合は、作動する爆弾をシステムに配置した際の光子の検知の確率を示します。
量子爆弾検査(Bomb Tester)キット構成部品マウスを使って、写真の部品にポインタを持っていくと、右側の表の該当箇所に色がつきます。 量子爆弾検査実習キットは、簡単にセットアップでき、明確で信頼できる結果が得られるように、しっかりとした検証の上で設計されています。このキットは、多くの標準品で構成されています。他の製品をご利用いただくことで、実験の範囲を広げることができます。スクリーンではなく付属のフォトディテクタを使用して実験を行う場合、別途、電圧計かマルチメータ(DVM1)が必要となります。キット付属品の光学マウントLMR1/Mに光学素子を取り付けるためには、スパナレンチSPW606のご使用をお勧めいたします。 注: これらキットは、ミリ規格の標準品で構成されています。 マニュアルと教材は英語でご用意しております。 インチ規格キット: ハードウェアとネジが付属
干渉計デモキットの比較当社では干渉計セットアップを利用したデモキットを3種類ご用意しております。それぞれ異なる用途向けに設計されており、キットのマニュアルで説明されている実験に対応するアクセサリが付属しています。干渉計キットEDU-MINT2/Mは、マイケルソン干渉計の実験用途を探究するために設計されており、EDU-BT1/MそしてEDU-QE1/Mは量子力学の概念の検証用に設計されています。EDU-MINT2/Mについては実験の性質によりセットアップを触る機会もあるため、ダンパ付きブレッドボードで振動を最小限に抑えます。これにより、特に波長測定や白色干渉実習などより高度な実験にも対応可能となっております。ほかの2種類のデモキットがより軽量のアルミニウム製ブレッドボードを使用しているのは、触る機会も少なく振動もさほど問題にならないためです。用途にあったキットをお選びいただけるよう、下表では各キットの主要な特長と教育目的の概要をご紹介しています。
変換キットEDU-MINT2/MをEDU-BT1/Mのように機能するようにするために必要な部品は、フォトディテクタと取付け用部品のみです。必要な部品については下記のリンク先をご覧ください。 We cordially thank Antje Bergmann and Pascal Kuhn (Karlsruhe Institute of Technology) for their prototype of a bomb tester setup. Do you have ideas for an experiment that you would like to see implemented in an educational kit? Contact us at techsupport@thorlabs.com; we'd love to hear from you. レーザの安全性と分類レーザを取り扱う際には、安全な操作の実施と、安全に関わる器具や装置を適切に取扱い、使用することが重要です。 ヒトの目は損傷しやすく、レーザ光のパワーレベルが非常に低い場合でも起こります。 当社では豊富な種類の安全に関わるアクセサリをご提供しており、そのような事故や負傷のリスクの低減にお使いいただけます。 可視域から近赤外域のスペクトルでのレーザ発光ではヒトの網膜に損傷与えうるリスクは極めて高くなります。これはその帯域の光が目の角膜やレンズを透過し、レンズがレーザーエネルギを、網膜上に集束してしまうことがあるためです。 安全な作業および安全に関わるアクセサリ
レーザ製品のクラス分けレーザ製品は、目などの損傷を引き起こす可能性に基づいてクラス分けされています。 国際電気標準会議(The International Electrotechnical Commission 「IEC」)は、電気、電子工学技術関連分野の国際規格の策定及び普及を行う国際機関で、 IEC60825-1はレーザ製品の安全性を規定するIEC規格です(対応するJIS規格はJIS C 6802)。レーザ製品のクラス分けは下記の通りです:
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