私たちの目には見えないミクロの世界で、粒子同士がまるで「不思議な糸」でつながっているかのように強く関連する現象「量子もつれ」が存在します。
アインシュタインが「遠隔作用の不気味さ」と呼んだように、たとえ遠く離れた粒子同士であっても、それぞれの状態が同時に決まるような強い結びつきが保たれるという事実は、私たちの「常識」からかけ離れています。
量子力学が誕生して一世紀近く経つ今でも、この量子もつれをどう理解し、どう利用するかは、科学者をはじめとした多くの人々を悩ませています。
さらに、私たちがふだん目にする物体や、そこに存在する多数の粒子(多体系)では、量子もつれの性質が複雑に絡み合っていて、そのもつれた姿を「直接見る」ことは困難を極めていました。
言うなれば、霧の中に潜む複雑なネットワークのようなもので、どこにどんな結びつきがあるのかを、はっきりと把握できなかったのです。
しかし香港大学(HKU)で行われた数値シミュレーションと理論解析を中心とする研究により、この絡み合った「量子もつれを可視化(ビジュアル化)」する「量子もつれ顕微鏡」と呼ばれる新たなアルゴリズムが開発されました。
この技術は、以前は“見えなかった”もつれの微細構造を、「まるで顕微鏡をのぞき込むように」観察し、量子もつれの連鎖がどのように生じ、どのくらい離れた場所まで届き、何をきっかけに途切れてしまうのかをとらえる鍵となります。
実際、本研究で2種類の理論モデルを対象に量子もつれ顕微鏡を使用したところ、一方のモデルでは短距離の量子もつれしかなく、もう一方のモデルでは長距離の量子もつれが形成されていることが明らかになりました。
このように量子もつれを詳細に「可視化」する技術は、量子コンピュータや量子暗号、さらには量子生物学の分野においても大きな進歩をもたらす可能性があります。
もつれて絡み合ったブラックボックスの中身は、どんなものだったのでしょうか?