東大、シュレーディンガー猫状態光パルスの量子テレポーテーションに成功

2011-04-16 19:08:31
東京大学は、同大大学院工学系研究科物理工学専攻の古澤明教授らの研究グループが、量子力学の2大パラドックスである、シュレーディンガーの猫とアインシュタイン・ポドロスキー・ローゼン(EPR)のパラドックスをテー …… >> Read more

すごいすごい.

重ねあわせ状態の光パルスを送受信することに成功したらしい.

シュレーディンガーの猫というのは,シュレーディンガーの行った思考実験で
中身の見えない箱に放射性物質とその崩壊を検知する検知器,検知されれば毒ガスが発生する装置,生きている一匹の猫を入れる.
放射性物質が崩壊すれば崩壊を検知した検知器によって毒ガス発生装置が直ちに毒ガスを発生させ,猫は死ぬ.
崩壊しなかったら,猫は生きている.つまり,猫の生死が放射性物質の崩壊に依存する状況をつくる.
一定時間経過後,箱のフタを開けて猫の生死を観測する.猫は生きているか,死んでいるだろう.
しかし,箱のフタを閉じた状態では猫の生死は判別できないので,これは「生きている猫」と「死んでいる猫」の重ねあわせ状態と呼べるだろうか,という問いである.
直感的にはこの問いは否だ.「生きている猫」と「死んでいる猫」が共存している猫というのはどんな猫だろうか.いるはずもない.生きている猫は生きているし,死んでいる猫は死んでいる.それは観測する前後で変わり様のない事実だと直感的には思える.
しかし,量子力学では少し事情は異なる.観測することが対象に影響を与えている,という姿勢に量子力学は立っている.放射性物質の崩壊は量子力学で記述でき,崩壊する/しないは各々の波動関数の線形結合で表せるという「量子力学の重ねあわせの原理」に対する挑戦をこの思考実験はしているのである.

ミクロ マクロ
観測前 重ねあわせ状態 いずれかに決定
観測後 いずれかに決定 観測前と変化なし

重ねあわせ状態は非常に繊細だ.

重ねあわせ状態にある粒子は,いわば重ねあわせる前の情報の両方を持っている.
その重ねあわせ状態にある粒子を更に別に重ねあわせ状態にある粒子と重ねあわせると,2^2個の基底状態の情報を持つ一つの重ねあわせ状態にある粒子ができる.
n回行えば,2^n個の基底状態を一つの重ねあわせ状態にある粒子で肩代わりさせることができる.
これが高速フーリエ変換(FFT)のロジックと非常に相性がよい.FFTについてはまた今度.

さて,観測を直接行えば,状態は決定されてしまい,マクロの事象と何ら変わりがない.
だから,間接的な観測でもって「(たぶん)重ねあわせ状態」の粒子を作り出すことが要となる.

そして,作り出すだけでなく,重ねあわせ状態を一定時間キープして,その間に伝達し,観測したい時に観測する.ということにこの度成功したらしい.
スゴイのは,重ねあわせ状態をキープしたまま伝達させたという二点.

重ねあわせ状態だけなら,実は昔から実現している.
NMR(核磁気共鳴)やESR(電子スピン共鳴)はスピンが0でない粒子に外部から磁場を与えると,原子核や電子の磁気双極子モーメントが歳差運動をするのでそれに合わせた回転磁場を与えると,磁場と原子核(あるいは電子)が共鳴するという現象を利用したものだ.
歳差運動をしている際,スピンは重ねあわせ状態にある.しかし,ここで喜んではいけない.
そのうちそこら辺から光子や電子がやってきて,ぶつかり,観測したと見なされることで重ねあわせ状態は崩壊する.この重ねあわせ状態が崩壊するまでの時間をデコヒーレンス時間という.
そこで,NMRやESRは原子核や電子の集合体を扱い,その平均値を結果として取り出しているのでデコヒーレンス時間は長い.しかし,そもそも集合体を扱っているので,集積化には向かないという弱点がある.(量子コンピュータ開発においてNMRで他の手法に比べて最多の7qbitまでIBMは成功しているが,現実的に必要なスペックは10000qbitぐらい)

そして,量子テレポーテーションだけなら,これまで基底状態を送受信することはできていた.
基底状態であれば,重ねあわせ状態やデコヒーレンス時間を気にしなくてもいいので,直交状態にある光偏光などを使って量子通信は数十キロの単位で成功している.

今度の実験はこれら二点で新しく,また一つ量子工学の可能性を広げた.

とにかく,「重ねあわせ状態」さえ扱えるようになれば,(量子コンピュータ,量子通信が実現し)人類の英知と生活はより一層高みへと向かうのである.

-おまけ-
2chで面白かったレスを紹介. 

┣ 開けてみなけりゃ分からないよ派 (波動関数収束派)
┃     ┃
┃     ┣ やっぱ開ける前から収束してるだろ・・・jk (量子デコヒーレンス派)
┃     ┃
┃     ┗ ちょっとあの子のスカートの中を観測してくる (たとえ火の中水の中派)

┣ 生きてる世界と死んでる世界があるよ派 (多世界解釈派)
┃     ┃
┃     ┣ じゃあおれがモテモテの世界もどこかにあるんだね (希望的観測派)
┃     ┃
┃     ┣ 観測したけど中に誰もいませんよ (桂言葉派)
┃     ┃     ┗ 誠死ね (School Days過激派)
┃     ┃
┃     ┣時の止まった世界では死んだことさえも気付かない… (DIO派)
┃     ┃
┃     ┗ 生きている猫を観測している世界と死んでいる猫を観測している世界があるんだよ (観測者も箱の中派)

┣ やっぱり両方の状態だよ (重ね合わせ派)
┃     ┃
┃     ┣ 出家とは生きながら死ぬことだよ (瀬戸内寂聴派)
┃     ┃
┃     ┣ 数えたら半分くらい死んでるよ (ご冗談でしょう派)
┃     ┃
┃     ┗ 生きてるのも死んでるのも大して変わらないよ(自宅警備員派)

┣ 猫を殺すとか許せないよ(想像と現実の区別がつかない派)
┃     ┃
┃     ┣ 犬ならいいよ (過激愛猫派)
┃     ┃
┃     ┣ 俺ならいいよ (自暴自棄派)
┃     ┃     ┗ 50年ROMってろ (ツンデレ派)
┃     ┃
┃     ┣ ドラえもんなら毒ガスでも大丈夫だよ (2112年派)
┃     ┃     ┗ タヌキ型ロボットじゃ意味がないよ (猫原理主義派)
┃     ┃
┃     ┗ 江頭2:50ならいいよ (1クールのレギュラーより1回の伝説派)

┣ 猫駆除だぜ~通☆風☆性 (ピヨシート派)

┣ 神がサイコロを振るわけがない(アインシュタイン派)

┗ よく分からないよ (俺)

結局の答えは何なのよ?
猫に聞いてくれ
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