物理学のジョークでオチがないような話だが、研究者たちは初めて、真空中の量子揺らぎが超伝導を強化し得ることを実証し、特異な物質状態を制御する新たな道を開いた。そう、空虚な空間がついに自分の役割を果たしているのだ。

この研究は『Nature』に掲載され、中国科学技術大学（中国科学院）の曾長淦教授と程光輝教授が率いた。共同研究には上海交通大学の蒋慶東教授、マサチューセッツ工科大学のフランク・ウィルチェック教授らも参加した。何かが何かをしていることを証明するには、あまりにも多くの著名な名前が並んでいる。

日常的な言葉では、真空は完全に空っぽの空間に聞こえるかもしれない。量子物理学はまったく異なる姿を描く。量子電磁力学とハイゼンベルクの不確定性原理によれば、最低エネルギー状態でさえ完全に静止していることはない。仮想粒子が絶えず現れては消え、常に存在する量子揺らぎの背景を生み出している。だから次に誰かが君を「空虚な存在」と呼んだら、褒め言葉として感謝しよう。

これらの揺らぎは単に理論上のものではない。その効果はラムシフト、自発放出、カシミール効果といった確立された現象を通じて観測されている。そう、宇宙はずっと静かに見せびらかしてきたのだ。

曾氏と程氏が率いるチームは数年にわたり、これらの真空揺らぎが凝縮系にどのように影響するかを研究してきた。以前の研究で、研究者たちは磁場を使ってカシミール力を引力と斥力の間で可逆的に切り替えることにより、真空揺らぎを直接操作できることを示した。その結果は、より大きな疑問を提起した。量子真空揺らぎは巨視的な量子状態の制御にも使えるのだろうか？

蒋氏のグループは同じ問題に理論的観点から取り組み、設計された量子真空環境が物質の異なる状態にどのように影響するかを研究してきた。研究者たちは「真空トロニクス」という概念を導入し、特別に設計された真空環境を使って電子およびフォトンの振る舞いを制御することを提唱した。その理論的研究は、新しい実験で観測された超伝導強化を理解するための枠組みを提供するのに役立った。

「自由空間における真空揺らぎは一般に弱すぎて、巨視的な凝縮系で観測可能な効果を生み出せません」と曾教授は述べた。「この限界を克服するために、私たちはテラヘルツ・スプリットリング共振器を導入しました。このようなダークキャビティは電磁環境を再形成し、真空揺らぎを大幅に増幅することができます。」

このアイデアを実験的に検証するため、研究者たちは超伝導体NbSe2をテラヘルツ・ダークキャビティ内に配置した。これにより、超伝導材料がキャビティ内の特別に設計された電磁環境と相互作用する結合系が形成された。チームはその後、キャビティ内外での材料の超伝導挙動を比較した。結果は、NbSe2をキャビティ内に置くことで、その超伝導臨界温度（材料が超伝導状態に入る温度）が大幅に上昇することを示した。

「6層のNbSe2デバイスで臨界温度が最大5.4%上昇し、超伝導転移付近で臨界電流と臨界磁場が著しく増強されることを観測しました」と程教授は述べた。「これは真空揺らぎによる超伝導強化の最初の実験的観測です。」その通り、本質的に宇宙の背景ノイズから5.4%の向上である。

研究者たちは、この効果が材料へのより従来型の変化で説明できないかを判断するため、一連の対照実験を行った。彼らはキャビティの形状、特性周波数、材料の厚さ、誘電体材料、金属ストリップなど、装置のいくつかの特性を変化させた。結果は…