シミュレーションの結果、2次元のイジング模型では「ごく近いスピン同士はもつれているが、少し離れると急に(数値上ほぼゼロになるほど)消える」ことが確認されました。

これは、声を張り上げても近くにいる人にしか届かず、少し離れただけで会話がまったく途切れてしまうようなイメージです。

「さっきまで密にやりとりしていたのに!」と驚くほど、わずかな距離の差で、もつれという“会話”がプツリと途切れてしまう現象を、研究者たちは「突然死(サドンデス)」と呼んでいます。

また、温度が上がるほど、このもつれが消える距離がより短くなる傾向も見られました。

2つ目は、遠くまでゆるやかにつながる「フェルミオン模型」です。

電子などの「フェルミオン」が相互作用する系では、イジング模型とは対照的に、距離が離れていくにつれ“ゆるやかに”もつれが減っていくことがわかりました。

たとえるなら、舞台袖にいる音楽バンドが一斉にセッションをはじめると、ステージが広くても何とか演奏のリズムを保っているような感じです。

距離が大きいほど合わせるのは難しくなるものの、完全には途切れずに“なんとか同期”しているわけです。

さらにこのフェルミオン模型では、高温になってもイジング模型ほど急激に“もつれがゼロになる”現象は起きず、温度や相互作用の条件次第で比較的長くもつれを保つ様子が確認されました。

これはフェルミオン特有の性質(パリティ制限など)と深く関係していると考えられています。

これらの結果から、異なる種類の量子系では、もつれの広がり方や消失の仕方に大きな違いがあることが示されました。

「一部の粒子同士しかもつれていない」短距離集中型のパターンか、「離れた位置でもなんとかもつれが残る」長距離持続型のパターンかという区別は、量子物質の本質を解き明かすうえで非常に重要です。

粒子自体の種類だけでなく、粒子間のもつれパターンの違いを理解すれば、量子コンピューターや量子ネットワークの設計をより効果的に行う指針が得られます。