エンタングルメントと量子テレポーテーション

最後に、どこか哲学的ないしＳＦ的な話ではあるのですが、量子力学や量子暗号に関連した面白いトピックスである量子テレポーテーションについて触れましょう。

その前提となる現象が、エンタングルメント（量子もつれとも）というものです。

これはまず、量子力学の多解釈性（物理量は複数の値を確率的にとることができ、観測されるまではそれらの重ね合わせとして世界を解釈すべきである、ということ）が前提となります。

その上で、例えば同じ原因によって発生した２つの量子を考えると、両者の間にはエンタングルメントという絡み合いが発生し、どちらかが観測されるまでは、お互いに同じような、あるいは正反対の物理量として振舞うということです。

片方が観測されて値が確定する（それにより不確定性原理関係にある他の量はご破算となる）と、もう片方もその瞬間に確定する、という解釈です。

その関係は粒子間の距離に依存しないので、量子計算、量子テレポーテーション、量子暗号などへの応用が期待されています。

両者は離れているのだから、それでは情報が光速を超えて伝わることになり矛盾じゃないか！という主張もありました。

いや、主張もあったなどと書くのは失礼かもしれません。

何しろそう主張したのは相対性理論を生み出したご本人、アインシュタイン御大なのですから。

しかしボーアらの反論により、これも矛盾ではないという見方が一般的になっています。

このエンタングルメントという関係を使って量子的な情報を送るのが、量子テレポーテーションです。

量子Ａと量子Ｂの間にある種のエンタングルメントがあり、また量子Ｂと量子Ｃの間にも同種のエンタングルメントがあるとしましょう。

すると、そのエンタングルメントが正のものであっても負のものであっても、ＡとＣは同じ物理量を持つことになります。

つまり、Ｂを仲介に、Ａを観測するとその情報はいわば瞬時に、空間的に離れたＣに送られるわけです。

総合研究大学院大学と科学技術振興事業団は共同で、完全なエンタングルメントを抽出する光回路を提案する（２００１年）とともに、雑音に埋もれてしまったエンタングルメントを復元する実験に成功しました（２００３年）。

またどこまできちんとしたものかはわかりませんが、１兆個程度のセシウム原子の集合間にエンタングルメントを発生させたという話もあります。

一方の集合にレーザーを当ててスピンを変化させると、当てていないもう片方の集合のスピンも同じだけ変化したというのです。

ある孤島で何匹ものサルがある行為をすると、別の孤島でもサルが同じようなことを始める。

そんな「１００匹目のサル」の話を連想させますが、この話自体でっちあげという説もあります。

ただ、ある種の物理量の絡み合いという理論自体は量子力学の基本であり、本当にそれが応用できれば、何やらスゴイことにつながりそうです。

２００４年９月、東北大学電気通信研究所の枝松圭一教授らは、こういったエンタングルメント関係にある２つの光子を、半導体に紫外線レーザーを当てることで生成させました。

将来はレーザーは使わず、半導体に電流を流すだけで生成できる可能性もあるということです。

２００５年６月、東京大学の古澤明助教授は、エンタングルメント状態にある光子を２組（４個）作成し、そのうちの１個の状態を別の組の光子に再現させることに成功しました。

科学技術振興機構（ＪＳＴ）とＮＴＴは２００６年３月３０日、超伝導量子ビットと呼ばれる電気回路の電流状態と、単一光子との間で、量子もつれ状態を制御することに成功したと発表しました。

量子もつれを示す真空ラビ振動と呼ばれる現象を観測したのです。

超伝導量子ビットは超伝導体を用いて作製された量子二準位系で、マイクロアンペア程度の電流を持ついわばマクロな現象です。

それだけ操作性にすぐれ、また原子に比べて光との相互作用が３桁以上強い系であることが示されました。

量子ビットの状態をコヒーレンスを保ったままＬＣ回路の光子の状態へ移すことができるようになり、量子コンピュータの実現が近づいたといえそうです。

２００６年１０月には、デンマークのコペンハーゲン大学などが、光と原子の間で量子テレポーテーションを実現させたと、ネイチャー誌で発表がありました。

原子は情報の記録、光は情報の通信の、それぞれ基礎になりますから、この２つの間で量子テレポーテーションが起きたというのは、まさにコンピュータ機能の基礎になるものなのです。