量子テレポーテーションは現実だが、あなたが思っているものとは違う

2017年、物理学者たちはチベットから上空300マイル以上を通過する衛星に光子を送った。宇宙を飛び回るこれらの粒子は、地球上では目を丸くしたSFファンタジーを呼び起こした。スタートレックの転送機がもうすぐ登場するかもしれない？ 期待を裏切って申し訳ないが、量子テレポーテーションと呼ばれるこの現実世界のトリックで、あなたの体をある場所から別の場所へ送ることはおそらくないだろう。これは本質的には超安全なデータ転送だが、人間を構成するコードの混乱の中でそれを行うのは困難だ。

光子と原子のごく小さな粒子は、一瞬で長距離を伝送できる最も複雑な物体です。光子、中性子、電子など、同じ種類の粒子はどれも、同じ亜原子種の他のすべての粒子とほぼ同じです。

量子状態と呼ばれる構成によって、それらは区別されます。たとえば、時計回りに回転する 2 つの光子は同一です。1 つのジップを他の場所に遅延なしで作成することはできません (申し訳ありませんが、これは魔法です) が、別の場所にその複製を作成することはできます。人を移動させるのにはあまり役立ちませんが、瞬時に安全な通信を行うには価値があります。

たとえば、私が地球にいて、宇宙飛行士のあなたと秘密を共有したいとします。私は暗号コード（鍵がなければ解読できないもの）を作成し、それを使って不可解なメッセージをあなたに電子メールで送信します。しかし、スパイに傍受されるリスクなしに鍵を送信するにはどうすればよいでしょうか。

まず、光子のグループの状態を使用して、それを 2 進数でエンコードします (時計回りが 1、反時計回りが 0 と表現できます)。同じ種類の 2 つの粒子が相互作用するときに発生するトリック、つまりエンタングルメントのおかげで、数字を安全に共有できます。光子 1 が時計回りに回転すると、光子 2 は反時計回りに回転します。一方が変化すると、どれだけ離れていても、もう一方も変化します。

私はそのようなペアを分離することができます。片方は私と一緒に残り、もう片方は光線となってあなたに届きます。そして、それらの状態は常に相補的であることがわかります。つまり、あなたは自分の粒子を測定することで、私の地球上の粒子に保存されている情報を推測できるということです。私がしなければならないのは、私のペアの片方が3番目の光子（バイナリの数字でエンコードしたもの）と同じ状態になるのを待って、あなたに自分の光子を調べるように言うだけです。一瞬にして、それは貴重なパスキーに変わります。

あっという間に終わりました。あなたは私の秘密の粒子に隠された数字を、一度も見たこともなく手に入れました。私があなたに送った光子は、そのエンタングルされた仲間が正しい状態に切り替わるまでは実際には暗号を含んでいなかったため、途中で侵入者に秘密を漏らす危険はありませんでした。

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こうした転送は今後 10 年で一般的になるかもしれないが、このプロセスは人間の輸送にはうまく適用できない。1 人の人間には約 10 ^{28 個の}原子が含まれている。そのデータをすべてコピーするには、体を原子レベルまで分解する必要があり (痛い!)、ほぼ確実に致命的となる。そして、旅の終着点に残っている粒子から、それをゼロから完璧に再構築しなければならない。それに、ファックスで送られたバージョンは、元のバージョンと同じ人物なのだろうか?

おそらく、テレポーテーションとその哲学的意味合いは SF 物語に残しておき、より危険の少ない未来の移動手段を見つけることに集中するのが最善でしょう。

この記事はもともと、Popular Science 誌の 2019 年春の交通特集号に掲載されました。