「不気味な」量子接続を証明する競争に勝者が現れるかもしれない

粒子は人間と同じルールには従いません。粒子を突くと、遠く離れた別の粒子が即座に反応します。その間の空間にメッセージが伝わることはありません。まるで 2 つの粒子が 1 つであるかのように。量子物理学では、この密接なつながりを「エンタングルメント」と呼びます。

アインシュタインはそれを「不気味」と呼んだ。彼は死ぬまで、自然がこれほど不合理であると信じようとしなかった。

しかし、オランダから発表された新しい研究論文は、相対性理論の父ですら、彼が間違っていたことを確信させたかもしれない。8月24日にオンラインに投稿されたこの論文は、半世紀以上前に定められた量子もつれを証明するための数学のゴールドスタンダードを満たす最初の実験について述べている。この論文はまだ査読を受けておらず、現在科学雑誌で審査中だが、量子物理学界ではすでに波紋を呼んでいる。

アインシュタインは死ぬまで、自然がそれほど不合理であると信じることを拒否した。

「アインシュタインがこれを知るまでに生きられなかったのは残念だ」と、カナダのアルバータ州カルガリー大学の理論量子物理学者クリストフ・サイモン氏は言う。「宇宙は彼が望んだほど合理的ではないのだ。」

量子の探求

一見別々に見える 2 つの物体が 1 つの量子実体に融合できるという考えは、1930 年代かそれ以前に遡る。しかし、物理学者のジョン・スチュワート・ベルが初めて量子もつれの基準を明確にしたのは 1964 年になってからだった。ベルが無名の学術誌に発表した画期的な論文は、人間規模の生命を支配する物理学に反することなく、粒子が互いに対してどのように振る舞うことができるかについて統計的な限界を設定した。

フランスの研究者たちが光の粒子のペアを作って初めてこの限界を破る動作を発見するまでに、ほぼ20年かかりました。多くの人にとって、それは粒子がエンタングルメント状態にあることの十分な証拠でした。

しかし、問題もあった。光検出器の限界により、フランスの粒子の一部が消失していた。また、光子は秘密のメッセージを伝達できるほど十分に接近していた。量子もつれの懐疑論者は、抜け穴を指摘し、他の隠れた要因が働いていると示唆した。

「驚くべき主張には驚くべき証拠が必要だ」と、カナダのオンタリオ州ウォータールーにあるペリメーター理論物理学研究所の理論量子物理学者マシュー・ライファー氏は言う。「私のような量子物理学者のほとんどは、エンタングルメントが存在すると確信しているが、別の理論を持つ人も数人いる。」

「驚くべき主張には驚くべき証拠が必要だ。」

1990年代後半、ウィーンの研究チームは、もつれた光子を数百メートル離し、距離の問題を解決するのに十分な距離を保った。21世紀初頭、米国の科学者らは、結びつけようとしたほぼすべての荷電原子を追跡できるほど優れた装置を開発し、検出の抜け穴を塞いだ。しかし、これまで、両方の限界を同時に解決する単一の絶対確実な実験を考案した者はいなかった。

「いくつかのグループがこれをやろうとしており、競争が続いています」とサイモンは言う。

原石のダイヤモンド

ロナルド・ハンソンはダイヤモンドに目が利いていた。オランダのデルフト工科大学で彼と彼のチームが好む宝石は、わざと不完全なものだ。研究室で合成されたその宝石には、絡み合っていない電子を内包する欠陥が含まれている。

最新の実験では、オランダの科学者たちはキャンパス内の異なる建物に、4分の3マイル以上離れた2つのダイヤモンドチップを設置した。欠陥に当たった光子は電子と絡み合った。その後、光子は光ファイバーケーブルを通って3つ目の建物に集まり、研究者たちは光子を絡ませようとした。研究者たちが成功すると、ダイヤモンドに戻った電子はパートナーを交換し、互いに絡み合った。これは欠陥の測定で確認された。

電子を追跡することが容易であることと、移動する光子によって可能になる長距離のおかげで、この実験は両方の抜け穴を塞いだようだ。

ハッキング不可能なインターネット？

メリーランド州にある共同量子研究所の実験量子物理学者、クリス・モンロー氏が抜け穴のないベルテストに興奮しているのは、それが量子版インターネットとも言える新しい種類の通信ネットワークに有用だからだ。そのようなネットワークで送信されるエンタングルメント粒子はハッカーから保護される。盗聴者が自分の存在を知られずに情報に侵入することはできない。

「情報のセキュリティは物理学の基本法則によって保証されています」とモンロー氏は言う。

このようなネットワークが開発されるとしても、ダイヤモンドで作らなければならないかどうかはまだ分からない。ハンソンのきらびやかな装置は、9日間の稼働中に、わずか245対の絡み合った粒子を吐き出した。商業的に実現可能なシステムには、1分間に数千個以上を吐き出す必要があるだろう。

統計によれば、わずか 245 件のイベントで、世界が古典的な原理に違反していないとすれば、結果が偶然によるものである可能性は 4 パーセントです。つまり、ベルの閾値は実際には超えられていない可能性があるということです。

「言い換えれば、彼らがレースに勝った可能性は96パーセントです」と、光子を研究し、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校でこのレースに参加している実験量子物理学者のポール・クワット氏は言う。「釘はまだ深く打ち込まれておらず、近いうちに統計的不確実性がはるかに低い結果が出ると確信しています。」