テレポーテーションは可能でしょうか?
野球ボールが
電波のようなものに変化して
ビルを通り抜け
角で跳ね返り
野球ボールに戻ることはできるのでしょうか
奇妙なことに 量子力学によれば
その答は なんと「はい」になるでしょう
ある意味においてですが
仕掛けはこうです
ボールそのものは無線では送れなくても
ボールに関する全ての情報を
送ることはできことでしょう
量子力学では 原子と電子は
個々の属性の集まりだとみなせます
例えば 位置や
運動量や
スピンのような属性です
これらの値によって
1つの粒子ができあがります
つまり 1つの量子状態を決められます
もし 2つの電子が同じ量子状態にあるなら
その2つは区別がつきません
まさに 1個のボールというものは
それを構成する数多くの原子の
全体としての量子状態で定められます
この量子状態の情報をボストンで読み込んで
世界中に送れるならば
バンガロールで 同じ種類の原子に
これらの情報を刷り込んで
注意深く組み立てれば
全く同じボールを作ることが
できることでしょう
しかし 問題があります
量子状態は計測が難しいのです
量子物理学の不確定性理論は
粒子の位置と運動量を
同時に測ることが
できないことを意味しています
電子の位置を測る
もっとも単純な方法は
光の粒子 つまり光子を
電子で散乱させ
顕微鏡で集光するというものです
しかし 散乱は電子の運動量を
予測不可能な仕方で変化させてしまいます
観測前の運動量に関する
いかなる情報も失われます
ある意味 量子情報は壊れやすいのです
情報を計測すると
それを変えてしまいます
壊さないと完全に計測できないものを
どうすれば 転送できるのでしょうか
その答えは 「量子もつれ」という
奇妙な現象にあります
「もつれ」は量子物理学の
草創期からある古い謎で
まだ完全には解明されていません
2個の電子のスピンがもつれて
離れた場所でも互いに影響しあいます
初めの1個の電子のスピンを計測すると
瞬時にもう1個の電子の
スピンの計測結果が決まります
これは 2個の電子が1マイル
あるいは 1光年離れていても同じです
1個目の電子の量子状態を
1量子ビットのデータと言いますが
これが 間にある空間を伝わらずに
2個目の電子の量子状態を瞬時に決めます
アインシュタインと共同研究者たちは
この奇妙な情報のやりとりを
「不気味な遠隔作用」と呼びました
2個の粒子間のもつれによって
1量子ビットの情報が その間を
一瞬のうちに移動するように見えますが
ここには落とし穴があります
この相互作用は初めは局所的に
起こらなくてはなりません
互いに接近した2個の電子を
もつれさせてから
一方を新たな地点に
運ばなくてはなりません
「量子もつれ」それ自体は
テレポーテーションではありません
テレポートを完成するには
受信側で量子ビットの再現を助ける
デジタル情報が必要です
1個目の粒子を計測すると
2ビットのデータを得られます
このデジタルデータは
光速を上限とする古典的な通信手段―
電波やマイクロ波
あるいは光ファイバーなどで送られます
このデジタル情報を得るために
粒子を計測すると
その粒子の量子情報は破壊されます
つまり ボールをバンガロールへ転送すると
ボストンでは
消えてなくなってしまいます
不確定性原理のおかげで
テレポーテーションによって
ボールに関する情報が2都市間を移動しますが
同じものが複数存在することはありません
原理的には 物体を
人間さえ テレポートできるはずですが
今のところ 大きな物体を構成する―
1兆の1兆倍以上の原子の
量子状態を計測し
別の場所で再構成するのは
出来そうにありません
この作業の複雑さと
必要とするエネルギーは天文学的です
今のところ 1個の電子や原子は
確実にテレポートできます
これにより
将来の量子コンピュータで使える
解読が絶対に不可能な暗号を
作れるようになるでしょう
量子テレポーテーションの
哲学的な意味は難解です
テレポートの対象は
実体がある物質のように
実際に空間を移動する訳ではありません
また 実体のない情報のように
空間を伝わる訳でもありません
どちらもあまり関係ないようです
量子物理学によって
宇宙に存在する全ての物質が
壊れやすい情報の集まりだとする
奇妙で新しい見方を手に入れました
量子テレポーテーションで このもろい情報に
影響を及ぼす新しい方法を見つけました
忘れないでください
決してできないとは決して言わないことを
わずか100年と少しの間に
人類は 原子のスケールでの
電子のふるまいを
新たに理解することに始まり
部屋の中で電子を確実に
テレポートできるまでに至りました
量子テレポーテーションを
技術的に使いこなすことも
1千年または1万年のうちに
できるのでしょうか?
時間と空間だけが
その答えを知っています