先月、3 科学者 ノーベル物理学賞を受賞した 量子世界の最も直観に反するが結果的な現実の 1 つを証明した彼らの仕事に対して。 彼らは、2 つの絡み合った量子粒子が単一のシステムと見なされなければならないことを示しました。それらの状態は、たとえ粒子が遠く離れていても、互いに容赦なく絡み合っています。 実際には、この「非局所性」の現象は、目の前にあるシステムが、何千マイルも離れた何かの影響を即座に受ける可能性があることを意味します。
もつれと非局所性により、コンピューター科学者は解読不可能なコードを作成できます。 デバイスに依存しない量子鍵配布として知られる技術では、一対の粒子が絡み合い、2 人に配布されます。 粒子の共有プロパティは、量子コンピュータ (従来の暗号化技術を破ることができるマシン) からでも通信を安全に保つコードとして機能できるようになりました。
しかし、なぜ 2 つの粒子で停止するのでしょうか。 理論的には、絡み合った状態を共有できる粒子の数に上限はありません。 何十年もの間、理論物理学者は 3 方向、4 方向、さらには 100 方向の量子接続を想像してきました。これは、完全に分散された量子保護インターネットを可能にするようなものです。 現在、中国の研究所は、一度に 3 つの粒子間の非局所的なもつれと思われるものを達成し、量子暗号の強度と一般的な量子ネットワークの可能性を潜在的に高めています。
「二大政党の非局所性は、そのままでも十分にクレイジーです」と、 ピーター・ビアホースト、ニューオーリンズ大学の量子情報理論家。 「しかし、量子力学は、3 つのパーティがあれば、それを超えることさえできることがわかりました。」
物理学者はこれまでに 2 つ以上の粒子を絡ませてきました。 レコードはその間のどこかにあります 14粒子 と 15兆、あなたが尋ねる人に応じて。 しかし、これらは短距離に過ぎず、せいぜい数インチしか離れていませんでした。 マルチパーティのもつれを暗号化に役立つものにするために、科学者は単純なもつれを超えて、非局所性を実証する必要があります。これは「達成するための高いハードル」です。 エリー・ウルフ、カナダの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量子理論家。
非局所性を証明するための鍵は、1 つの粒子の特性が他の粒子の特性と一致するかどうかをテストすることです。つまり、エンタングルメントの特徴です。 たとえば、絡み合った双子にまだ物理的に近い粒子は、他の粒子に影響を与える放射線を放出する可能性があります。 しかし、それらが1マイル離れていて、ほぼ瞬時に測定された場合、それらはもつれによってのみリンクされている可能性があります. 実験者は、と呼ばれる一連の方程式を使用します。 ベルの不等式 粒子のリンクされたプロパティの他のすべての説明を除外します。
3 つの粒子の場合、非局所性を証明するプロセスは似ていますが、除外できる可能性がさらにあります。 これにより、科学者が 3 つの粒子の非局所的な関係を証明するためにジャンプしなければならない測定と数学的フープの両方の複雑さが膨らみます。 「それにアプローチするための創造的な方法を考え出す必要があります」と Bierhorst 氏は述べています。
8 月に発表された結果では、中国の合肥にあるチームが重要な飛躍を遂げました。 まず、特殊なタイプの結晶を通してレーザーを発射することにより、 もつれた 3つの光子を数百メートル離れた研究施設のさまざまな場所に配置しました。 次に、各光子のランダムな特性を同時に測定しました。 研究者は測定値を分析し、3 つの粒子間の関係は、3 方向の量子非局所性によって最もよく説明されることを発見しました。 これは、これまでで最も包括的な 3 方向の非局所性のデモンストレーションでした。