人類が初めて肉眼で量子もつれを観察

スイスのジュネーブ大学の物理学者たちは、人間を光子検出器として使う新しい種類の量子実験を考案し、それによって量子もつれ現象を初めて肉眼で見えるようにした。

入門書が必要な方のために説明すると、エンタングルメントとは、2 つの粒子を遠く離れた場所に結び付ける奇妙な量子現象で、一方の粒子に対して行われた測定は、たとえ 2 つの粒子が宇宙全体によって隔てられていたとしても、もう一方の粒子の特性を即座に変化させます。アインシュタインはこれを「不気味な遠隔作用」と呼びました。確かに奇妙な現象です。

ジュネーブ大学のニコラス・ギシン氏は、イタリアの物理学者が以前、エンタングルメント光子を使った興味深い実験を行ったと指摘した。実験者が通常行うように少数の光子をエンタングルメントさせるのではなく、イタリアのチームは一対の光子をエンタングルメントさせ、そのうちの 1 つを増幅して数千の粒子を含む光子シャワーを作り出した。これらの粒子はすべて、元のペアのもう 1 つの光子にリンクされている。つまり、1 つの「ミクロ」光子と、量子レベルですべて結びついた「マクロ」光子シャワーが存在するのだ。

ギシンは、肉眼では光子 1 個は見えないが、数千個は見えることに気づいた。そこで彼はイタリア人と似た装置を使用したが、マクロ光子の前に光子検出器を置くのではなく、自分と同僚をそこに配置した。増幅器によって生成された光子ビームは、ミクロ光子 1 個に与えられた偏光状態に応じて、暗い部屋の 2 つの位置のいずれかに現れる。何度も何度も、人間の結果と光子検出器の結果を比較したところ、肯定的な結果が得られた。

まるで科学者たちが暗い部屋に座って点滅する光を眺めているように聞こえるかもしれないが、これは量子もつれが肉眼で直接観察された初めての事例である。

まあ、その通りです。スイスのチームは、自分たちが観察していたのは必ずしもマクロとミクロのエンタングルメントではないことも発見しました。ミクロとマクロの間の量子リンクを意図的に切断し、「人間検出器」実験を行ったときでさえ、肯定的な結果が得られました。これは、検出器（人間のものも含む）の不完全性と、ベルテスト（簡単に言えば、エンタングルメントを測定するために使用される）と呼ばれるものの抜け穴によるものです。ベルテストは、光子の量が少量の場合は無視できますが、光子の量が増えるにつれて大きくなります。これにより、ある程度の不確実性が生じます（これについてより詳しい説明については、以下の Nature のリンクをクリックしてください）。

スイスのチームがわかっているのは、開始時に 2 つの光子がエンタングルメントしていたということだ。増幅プロセスで欠陥が生じたとしても、エンタングルメントの影響を「見る」ことはできた。元のイタリアの研究者 (研究でこの欠陥も発見) は、レーザーによるミクロ-マクロ エンタングルメントを検証する新しい方法を考案している。残念ながら、これらの実験では人間を検出器として使用できない。高度に焦点を絞った光線が、人間が最後に見るものになるからだ。

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