一方、量子の世界には、私たちの日常では想像しにくい奇妙な現象がいくつかあります。

その代表例が「量子もつれ」です。

量子もつれとは、二つの粒子が、まるで目に見えない糸でつながっているかのように、離れていても完全に同期して動くという不思議な相関のことです。

片方の粒子を観察すると、もう片方の粒子の状態が瞬時に分かるという現象で、これはアインシュタインも不思議に感じたほど奇妙なものです。

近年、この「量子もつれ」は、量子コンピューターや量子通信といった、次世代の情報技術を支える非常に重要な基盤として注目されています。

しかしこの量子もつれは、「もつれの強さ」という量で定量化でき、その量が変化する様子は、熱力学のエントロピーと驚くほど似た特徴を持つことが知られていました。

このため、多くの物理学者は「もしかすると量子もつれにも、熱力学第二法則のような一方向のルールが働いているのではないか？」と疑問を持ち始めました。

実際、理想的な条件下である「純粋状態」と呼ばれる完璧な量子もつれ状態に関しては、この疑問はすでに答えが出ています。

純粋状態の量子もつれであれば、別のもつれ状態に完全に変換した後でも、再び元の状態へきれいに戻すことができることが「数学のレベルでは」示されていました。

つまり、「理想的なもつれ」は完全な可逆性を持ち、エネルギーが減ることのない理想的なバネのような性質を示していました。

（※これは熱力学によって動くカルノーエンジンが理想的な状態を示す状況と似ていると言えるでしょう）

しかし実際には、私たちが量子通信や量子コンピューターで扱う量子状態は必ず何らかの外部ノイズや乱れを受けてしまい、「混合状態」と呼ばれる、少し乱れた状態になってしまいます。

そしてこの「混合状態」の量子もつれは、純粋な状態とは大きく異なり、一度操作をすると再び完全に元のもつれ状態に戻せないことが分かっていました。