高次高調波によるアト秒パルス発生の報告がなされてから10年が経過し、アト秒パルスの発生・計測に関わるアト秒光源技術の発展は著しい。最近では、パルス幅100 asをきるアト秒パルス発生が報告されるなど、短パルス化、短波長化、高出力化に向けた光源技術の開発も進展し、「アト秒レーザー科学」と呼ばれる新たな分野を形成している。アト秒パルスの発生が注目されている大きな理由の一つは、その極限的短パルス性を利用することにより、物質内の電子状態の実時間計測・制御への応用が期待されているからである。現在、アト秒パルスを用いたポンプ-プローブ法により、主に原子・分子系におけるアト秒時間領域の物質ダイナミクス計測が試みられており、内殻電子の励起・緩和過程などこれまで不可能であった物質ダイナミクス計測の報告がなされている。また、単一アト秒パルスやアト秒パルス列といったアト秒光源の特徴や、光電子分光やイオンイメージングといった計測手法の特徴を生かしたダイナミクス計測への応用など、従来のフェムト秒レーザー科学の枠に収まらない展開を見せつつある。

　高次高調波は、極端紫外から軟X線領域において非線形光学現象を引き起こすことができる強力なアト秒パルス・パルス列光源である。高次高調波発生技術の進展は、高次高調波の短パルス化をもたらし、現在では単一アト秒パルスの発生も可能となっている。また、短波長を目指す研究では、水の窓領域の高次高調波発生が報告されており、さらに我々の研究グループでは、高出力化によって高次高調波による非線形過程の発生の研究を行ってきている。

　21世紀にはいり最初のアト秒パルス光発生・計測が報告されてから10年たつ。この間、アト秒パルス光の発生・計測法の研究が進められ、ポンププローブ法によるアト秒時間分解分光への応用が進んでいる。一方、光電場と電子の相互作用に着目し、原子分子分光技術と組み合わせて、高次高調波発生も含めたアト秒の時間領域でおこる現象の研究が進められている。これら二つの研究分野を総称して、「アト秒レーザー科学」と呼ばれている。

　弱測定は1988年にAhaonovらによって考案された測定の枠組みであり、 種々の量子力学上のパラドックスを実験的に検証し、量子力学的直感を培うため の道具として注目されている。弱測定の測定値である弱値は通常の射影測定とは異なり、一般に複素数値をとり、オブザーバブルのスペクトルから外れるような値を取り得るという特異な性質をもっている。この性質のため、「負の確率」のような一見不可思議な測定結果を与えることもある。

We consider a value of an observable by a `sum rule' for generally non-commuting observables and a `product rule' when restricted to a maximal commuting subalgebra of observables together with the requirement that the value is unity for the projection operator to the prepared state and vanishes for all the commuting observables other than the state to be post-selected. The crucial requirement is that the expectation value of an observable should be independent of the way of measurements, i.e., the choice of the maximal commuting subalgebra of observables. We show that the contextual value of an observable coincides with the weak value advocated by Aharonov and his colleagues by demanding the consistency of quantum mechanics with Kolmogorov's measure theory of probability. This also gives a derivation of Born's rule, which is one of the axioms in the conventional quantum mechanics.

Superconducting (SC) circuits can behave like atoms making transitions between a few energy levels. Such circuits can test quantum mechanics at macroscopic scales and be used to conduct atomic-physics experiments on a silicon chip. Examples of this, that we have studied theoretically [1], include the following: SC qubits for photon generation and for lasing; 2-1 photon coexistence; cooling qubits and their environment; using SC qubits to probe nearby defects; hybrid circuits involving both charge and flux qubits; quantum tomography in SC circuits; preparation of macroscopic quantum superposition states of a cavity field via coupling to a SC qubit; generation of nonclassical photon states using a SC qubit in a microcavity; cluster states; using these circuits as quantum analog emulators of Kitaev lattices; controllable scattering of photons inside a one-dimensional resonator waveguide; the Dynamical Casimir effect, and controllable couplings among qubits. Some of these results will be reviewed in this talk.

　脳の「海馬」と呼ばれる領域は記憶や学習を司る部分で、その異常はアルツハイマー病などの神経変性疾患、統合失調症（以前は精神分裂病と呼称）などの精神疾患の発症と関連している。海馬では、終生「幹細胞」が生まれ続けており、新しい神経細胞が作り続けられている（神経新生）。この神経新生を制御しているメカニズムは不明のままであったが、近年の神経科学の発展によりその一部が解明されつつある。

　海馬で新生した神経細胞は(1)適正な位置まで移動して、(2)正しい場所に位置取りし、(3)ネットワークに組み込まれていく必要がある。神経細胞の移動には分子（ここではタンパク質）間同士の相互作用（結合）が重要であり、それは自動車が動くためには数々の部品が協調して働くのと同様である。私達は最近、タンパク質DISC1（Disrupted-In-Schizophrenia 1）とGirdinの相互作用が海馬における新生神経細胞の移動と位置取りに必須であることを明らかにした。この両タンパク質は細胞移動のブレーキとして働き、両者間の相互作用が失われるとブレーキがきかなくなることが判明した。興味深いことに、DISC1はその名のとおり、その機能異常が統合失調症の原因となりうることが知られ、現在国内外の多くの研究室で機能解析が進められている。

　生命体を構成する多種多様なタンパク質分子は、固有の3次元構造を形成し、これにより厳密にして柔軟な分子認識能、効率的かつ特異的な触媒能など、生命活動を支える精緻な機能を実現している。したがってタンパク質分子の構造に生じた異常は、その機能の不全をもたらし、結果的に重篤な疾患に至る場合がある。例えば、代表的な神経変性疾患であるパーキンソン病は、パーキンと呼ばれる酵素に生じるわずかアミノ酸1残基の違いによって発症し得ることが知られている。 核磁気共鳴（NMR）法は、こうしたタンパク質の立体構造を研究するのに有力な方法の1つである。特に、空間的に近接する水素原子核間の磁気双極子-双極子相互作用を利用することによって、溶液中のタンパク質分子の3次元構造を原子レベルで決定することができる。

　ところが最近、生理的な条件下でも一定の3次元構造を持たないタンパク質が数多く存在することが明らかとなってきている。天然変性タンパク質（intrinsically disordered proteins）と総称されるこれらのタンパク質の中には、神経組織において異常な凝集体として蓄積し、神経細胞の死滅を引き起こすものもある。例えば、アルツハイマー病の発症は、アミロイド （A ）とよばれるアミノ酸40残基ほどからなるタンパク質の異常会合によって引き起こされることが知られている。最近の研究により、A の分子会合には神経細胞表層に存在するガングリオシドGM1とよばれる糖脂質分子が形成する分子クラスターとの相互作用が重要なステップとなっていることがわかってきた。

The Bose-Fermi (BF) mixtures attract physical interests as a typical example where particles obeying different quantum statistics are intermingled, and it will give a big opportunity to obtain a lot of new knowledge on quantum many-body systems. The collective excitation is one of important diagnostic signals of many-particle systems because of their sensitivity on the inter-atomic interactions and the ground- and excited-state structures.

Recently, experimental techniques for making ultracold molecules from ultracold atoms has been greatly developed. Various kinds of ultracold molecules (Rb2, Cs2 and 40K87Rb) in the rovibrational ground state were made from quantum degenerate atoms by using Feshbach association and Stimulated Raman Adiabatic Passage (STIRAP). In last year, we successfully made ultracold 41K87Rb molecules in the rovibrational ground state by a new method, in which we did not use Feshbach association but photoassociation and STIRAP[1]. Since Feshbach association is not used, our method is applicable for many kinds of atomic species including alkaline earth atoms which can be cooled by laser cooling. I would like to show the techniques for making ultracold molecules in my talk.

[1] K. Aikawa et al., Phys. Rev. Lett. 105, 203001 (2010)

　近年、極低温原子から極低温分子を作る実験技術が大きく進展している。Rb₂、Cs₂、40K⁸⁷Rbなどの様々な種類の振動回転基底状態の分子がFeshbach会合とSTIRAPを使って、量子縮退した原子から作られている。昨年、我々はFeshbach会合ではなく光会合とSTIRAPにより振動回転基底状態の41K87Rb分子を生成することに成功した[1]。我々の手法はFeshbach会合を使っていないため、アルカリ土類原子などのレーザー冷却可能な多数の原子種を使った分子生成が可能である。本発表では極低温分子を生成する実験技術について紹介したい。