アメリカのワシントン大学（UW）で行われた研究により、量子もつれを利用することでタイムトラベルの概念を組み込んだ量子センサーの構築が可能であることが実証されました。
研究者たちはこの概念を「望遠鏡を過去に送り、目の端で見た流れ星を捉えることができるのと似ていると」説明しています。
日常の常識では過去に戻ることは禁じられていますが、新たな量子センサーはこのルールを思わぬ方法で回避することができます。
研究内容の詳細は2024年6月27日に『Physical Review Letters』にて発表されました。
目次
- タイムトラベルを使って観測を成功させる
- 量子の世界では過去の観測を改変できる
タイムトラベルを使って観測を成功させる
タイムトラベルのアイデアは、長年SFファンを魅了してきました。
現行の物理学のアイデアによれば、未来への旅行は、少なくとも光速に近い速度で移動すれば技術的には可能ですが、過去に戻ることは不可能です。
しかし新たな研究では、量子もつれを利用してタイムトラベルの概念を組み込んだ量子センサーが作れることを実証しました。
この量子センサーは弱い測定と強い測定という異なる2つの測定を利用し、強い測定によって発生した影響を、もつれが生成された過去に送り込むことで、まるでセンサーの検知が失敗したかのように過去を改変する挙動をみせます。
研究ではまず、地球のようにクルクル回転する性質がある粒子（電子など）が用意されました。
地球の場合、回転軸はおおむね北極星の方向を向いているように、粒子たちも外部から磁力などの力が加わらない限り、一定の方向に回転軸を向け続けます。
次に研究者たちは、1組の粒子を量子もつれ状態にしました。
もつれ状態になった粒子は、一方の軸が上向きならばもう一方は下向きになるという関係性を持っています。
日常世界では観測する前から粒子の方向は「決まっている」と考えられますが、量子の世界では観測が行われるまでは、どちらの粒子が上向きか下向きかの情報は宇宙に存在していないとされています。
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そして観測を行うことで一方の状態が確定すると、その情報は一瞬でもう一方の粒子に伝達され、もう一方の粒子の状態が宇宙に出現する（確定する）ことになります。
観察するまで情報が存在しないという考えは多くの人々にとって不快かもしれませんが、多くの実験によって事実であることが判明しています。
また興味深いことに以前に行われた研究では、特定の条件では、この量子もつれの性質が数学的には、観測による影響がもつれが生成された過去までタイムトラベルし、もう一方の粒子のスピン方向を変えると解釈しても問題ないことも示されています。
上の動画は論文の著者自身が作成したものであり、もつれ状態にある一方の粒子（右）の観測の影響が過去に遡って、もう一方の粒子（左）に影響を及ぼしている様子を示しています。
新たな研究ではこのタイムトラベルの概念を発展させ、量子センサーの精度を上げる方法として取り入れられています。
ではタイムトラベル量子センサーがどのように機能するかをみていきましょう。
