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量子物理学：中性子の軌道角運動量を制御する
Nature 525, 7570 doi: 10.1038/nature15265
光子の量子化された軌道角運動量（OAM）から、さらなる自由度と、雑音からのトポロジカル保護が得られる。そのため、光子のOAM状態は、量子もつれや量子情報科学の研究からイメージングに及ぶさまざまな応用に利用されている。電子ビームのOAM状態は、例えばナノ粒子を回転させたり結晶のキラリティーを決定したりするのに、同様に有用であることが示されている。しかし、中性子は、貫通性のある重い中性粒子で、材料の特性評価、量子情報、量子力学の基礎研究において重要であるものの、中性子のOAM制御はまだ実現されていない。本論文では、入射中性子ビームに「ねじれ」をかける巨視的ならせん位相板を使って、中性子のOAM制御を実証する。ねじれた中性子ビームは、中性子干渉法によって分析される。今回の手法を空間的にインコヒーレントなビームに適用して、多数のらせん位相板によって達成される伝搬方向に沿った量子角運動量の付与と、一様な位相ゆらぎに関するトポロジカルチャージの保存の両方が実証された。量子情報科学、量子力学の基礎、磁性材料、超伝導材料、キラル材料の散乱とイメージングの、中性子を使った研究は、今までスピン、経路、エネルギーという3つの自由度に限定されていた。OAM制御を最適化すれば、OAMの値が明確に定まり、こうした研究のための4つ目の量子化された自由度が得られると思われる。
