時間前後性の実験的検証に向けた量子光学実験の提案 ― 高速ビームスプリッター切替とHong–Ou–Mandel干渉を用いた検証 ―
恒久 千葉
Abstract
タイトル (Title): Proposal for Quantum Optics Experiments Toward Experimental Verification of Temporal Bidirectionality: Verification Using High-Speed Beam Splitter Switching and Hong-Ou-Mandel Interference / 時間前後性の実験的検証に向けた量子光学実験の提案 - 高速ビームスプリッター切替とHong-Ou-Mandel干渉を用いた検証 - 説明 (Description): [English] This paper formulates the hypothesis of "temporal bidirectionality" in quantum phenomena and proposes an experimental scheme for its verification using quantum optics. Here, temporal bidirectionality refers to the possibility that temporal degrees of freedom corresponding to both before and after a process contribute to quantum state formation and interference. Specifically, we propose an experimental setup using Mach-Zehnder and Hong-Ou-Mandel (HOM) interferometers with high-speed optical path switching at frequency f. By introducing a characteristic time scale Δt, we establish a framework to compare standard quantum mechanical predictions against temporal bidirectionality models based on the frequency dependence of interference visibility V(f) and HOM dip parameters. The primary objective of this study is not to assert the existence of temporal bidirectionality a priori, but to translate a novel hypothesis on the structure of time into a falsifiable quantum optical test. [日本語] 本論文では、量子現象における「時間前後性 (temporal bidirectionality)」という仮説を定式化し、量子光学を用いた実験的検証方法を提案する。時間前後性とは、量子状態の形成や干渉過程において、通常の因果的記述に加え、時間の前後に対応する自由度が現象に寄与する可能性を指す。 具体的には、二光路干渉計やHong-Ou-Mandel (HOM) 干渉計において、ビームスプリッター等の光路選択機構を高速(切替周波数 f)に切り替え、干渉可視度 V(f) やHOM dipの変化を測定する手法を示す。標準量子力学の予測(VSQM)と時間前後性モデルの予測(VFB)を比較し、特徴的時間スケール Δt に対応する周波数領域において生じ得る異常な周波数依存性を検証する枠組みを提示する。 本研究の目的は時間前後性の存在を事前に主張することではなく、時間の構造に関する新しい仮説を反証可能な物理モデルとして評価・検証することにある。