量子もつれ問題を直感に合わせる案: 新道ブログ

　今年のノーベル物理学賞は量子もつれ問題の実験による高精度実証に対するものだそうだ。

　量子もつれとは、同時に発生した２つのペアの量子（電子又は光子）の特性に関するもので、独立である2つの量子がなぜか情報伝達をしているという話である。量子論によれば、各量子は量子数というそのエネルギーや自転方向などに関する固有の値がある。この実験では、一方の量子特性が観測で決定されると、まったく同時にもう一つの量子の量子特性も決定されるというものだそうだ。即ち、情報伝達が二つの量子間で行われるというものである。
　ここで、同時に発生した量子は、、右巻きの自転か、左巻きの自転のどちらかかは決まっていないが、確率は50％ずつである。しかし、それは人間が電気的に観測することが可能である。
　この自転に関する量子数はスピン（自転）と呼ばれ、量子論では観測以前は平均値0即ちどちらの方向の自転なのかは分からない。スピン特性を人間が観測した瞬間にどちらか（右巻き又は左巻き）であることが分かり、ペアになった発生時に量子のスピンは逆向きとして観測される。それは遠くに飛んでしまって遠距離に離れたペアの量子でも生じる。一方が観測されると全く同時に他方が逆向きとして観測されることが実験的に分かっている。即ち、光速よりも早い情報伝達がなされたとしか思えないので、謎の情報伝達の現象として、量子もつれ問題といわれてきた。この問題に対し、専門家の間でこれまで理論的、実験的な追及が行われてきた。
　この問題に対しアインシュタインなどはこの現象は直感に反するとして、量子論に欠陥があると主張していたが、今回のノーベル賞受賞実験結果によりアインシュタインらの主張が、間違っていたということになった。

　では、どうしたらこの現象が普通の人間の直感に合うようにできるだろうか。
　アインシュタインが発見した相対性理論では光速以上の情報伝達手段がないということになっているが、それを否定し、より早く瞬時に量子間の情報伝達が可能な未知の物質の存在を物理理論に取り入れることでないかと思う。
　その速度は光速を超えるので、現在の実験方法では、検知できず、ノーベル物理学賞を受賞した実験も現時点では正しいと認識されているわけだが、このような超光速物質が存在されれば、その実験は否定され、人間の直感に合った物理理論がいつの日か構築されるだろう。
　即ち、アインシュタインは量子論を否定したが、相対性理論を否定できる物質と理論を構築できれば、量子論も否定されるという皮肉なことになる可能性がある。いつの日かは分からないが。


（注）量子もつれと量子通信

　量子もつれは、上記のように、正しくは量子もつれがほぐれる原因の通信速度問題とでもいったほうが良さそうだ。
　アインシュタインはこの問題に対し、最初に生成した２つのペア量子の内部に未知のDNAのような働きをする機能が含まれており、一方の量子数が観測されるとそのDNA相当機能が動作し、もう一つの量子に含まれているDNA相当機能も働くので、ペアの量子の量子数が同時に観測されるのではないかと反論した。
　しかし、今回の受賞対象実験では、現在考えられる限りの量子間情報伝達遮断機構を配置したうえで、十分遠距離で、一方の量子の量子数を測定するとその瞬間にもう一つの量子数が正負逆になって生じることを実験的に示したものである。
　これは、一般に光をもちる量子通信で、途中に情報漏れがあると残った量子の量子状態が平均値から変わるので、受信者が量子数を正確に測定できれば、原理的に情報が洩れていることがわかるということになる。即ち、受信者に情報漏洩の検知ができることになる。このように量子もつれは、量子数測定の実用的な応用に関わるもんだいなのである。