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原子間の量子テレポーテーションに成功 108

ストーリー by Oliver
小さな距離、大きな進歩 部門より

peketamin曰く、"ITmediaによれば、米国立標準技術研究所（NIST）のチームと、オーストリアのインスブルック大学のチームが、原子間で物理的特性の転送を行うことに成功したようです。アメリカのチームは2つのベリリウム原子を使い、オーストリアのチームでは2つのカルシウム原子を使ったそうです。
アインシュタインは量子テレポーテーションについて 「spooky (気味が悪い)」と言ったそうですが、この研究は量子コンピューターへの大きな1歩となるだろう、と米国立標準技術研究所のデビッド・J・ワインランド氏は述べているそうです。"

chiba-f曰く、"今までの実験では光子（光の粒子）を使って行われていたが，今回はそれより複雑な系である原子のペアで成功したことに意義がある．これにより量子コンピューティングの実現に一歩近付いたと考えられる．量子テレポーテーションでは量子エンタングルメントと言う特殊な関係にある二つの粒子を用いる．このふたつのうちの片方の粒子に第3の粒子を特殊な方法で作用させると，その粒子の状態がもう片方の粒子に瞬時に伝わると言うものである．このアイデアは，アインシュタインが量子力学への反論として発表した論文に現れる思考実験がもとになっている（＝EPRパラドクス）．現在は量子力学固有の現象として捉えられ，パラドクスとは考えられていない．両グループは独自の工夫を重ね、わずかな距離ながら原子の状態を約75％の正確さで別の場所へそっくり移すことに成功したという。量子コンピューティングについては，森北出版のページ「量子コンピューティング」-　量子コンピュータ実現へ向けて？？　-が参考になる．"

両方のチームの研究結果はNature 6月17日号にて発表されていて、オーストリアのチームの論文およびNatureの統括記事は装置の写真と共にインスブルック大の研究チームのページでも公開されている。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。

原子間の量子テレポーテーションに成功 More

  • 転送に失敗すると (スコア:3, おもしろおかしい)

    by deleted user (18918) on 2004年06月18日 18時11分 (#572241) 日記
    「石の中にいる！」
  • 破壊が伴うけれども超光速通信の可能性が開けたと考えていいのかな？
    SFで言うとエンダーシリーズのアンシブル通信の様な感じだろうか。
    • 量子テレポーテーションは情報を運ばないらしいんですよね。 片方の状態を観測したらもう一方の状態が決まる、ってことですけど、 それが決まったからって何ができるっちゅうねん、という話らしいです。 例えば電話でもう一方の方のところでこれから観測をしようと する人に対して予言しようとしても、その電話は超光速では無いわけでして。 というわけで超光速通信には使えないと思いますよ。 だから EPR パラドックスはパラドックスではないらしいです。 じゃあ量子テレポーテーション何するものぞ、と言いますと、 量子もつれの状態ってすごくもろくて観測したら壊れちゃうわけで、 量子テレポーテーションで移動させるとかそういう用途らしいです。 テレポーテーションって言うとやたら SF チックで期待させちゃうんですけど そんなにムチャクチャすごいことでもないんですよね、たぶん…
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      • > 片方の状態を観測したらもう一方の状態が決まる、
        > ってことですけど、それが決まったからって何が
        > できるっちゅうねん

        いや、やっぱり長距離の通信に使えると思うんですけど。。
        通信に使えても、因果律は壊れないってことですよね？
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        • >長距離の通信に使えると思うんですけど

          無理です．
          一番単純なSingletの1/2スピン対(両方のスピンが逆を向いて，
          全体ではスピンがない状態)A-Bを考えます．

          観測するまでは，AもBもどっちを向いているか分かりません．
          例えば鉛直方向に対し測定して，Aがそちら方向にupであること
          が確定したとします．この瞬間，Bは鉛直方向にdownであること
          が確定します．

          さて，ではこれが何か情報を送ったことになるでしょうか？
          Bの粒子を鉛直方向に対し測定すると確かにdownとなります．
          でもこれは，それ以前にAが測定されAがupであることが確定した
          のか，それとも今Bを測定したからBのdownが確定したのか分かり
          ません．ですから，Bの状態が決まってもそれは観測者に何の
          情報も与えません．

          では，Aが水平方向にupというのが決定した後に，Bを鉛直方向に
          測ったら？この場合，Bの鉛直方向はランダムにupとdownをそれぞれ
          1/2の確率でとります．でもこれもまた，Aを水平方向で観測したから
          Bではup-downが半々なのか，Bを単独で測っているから半々なのかは
          区別できません．

          じゃあ，Aをupにするような測定をすれば，Bは必ずdownになるんだから
          瞬時に情報を伝達できるはず？
          ・・・そんな測定手法はありません．

          と言うわけで，Aを測定するとBは瞬時に決まりますが，だからと言って
          Aの測定でB側に情報を送ることはできません．
          #測定でAを任意の値にできれば別ですが，そのような測定はできない
          #と言うのが量子論の基幹部分です．
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    • まだまだでしょう (スコア:1)

      by take0m (4948) on 2004年06月18日 16時51分 (#572197) 日記
      現状で、光ファイバなどで情報送ってコピーしている訳ですよね。
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    • 破壊読出し？ (スコア:1)

      by sham (4555) on 2004年06月18日 19時01分 (#572263)
      壊れるのなら磁気コアメモリ [wikipedia.org]の時みたいに、読み出したあと再書き込みで解決できます？
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      • Re:破壊読出し？ (スコア:1)

        by keybordist (3572) on 2004年06月18日 20時44分 (#572301) 日記
        書き込み、すなわち、元の量子状態への復元には、とんでもない量のエネルギーが必要でしょうし、
        実用的とは言いがたいんじゃないんですか？
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        • ええと、復元は問題ありません。問題は読み出せないことです。
          例えば粒子の存在非存在で考えると、確実に存在している状態と
          確実に存在していない状態を見わけることは簡単にできます。
          この場合は観測してから確実に存在していれば存在している状態を作り、
          存在していなければ存在していない状態を作ればコピーは完了します。
          (一般的に言うと正規直交基底をなす状態は判別できます)
          でも、確実に存在している状態と、5分5分の確率で存在している確率は
          いかなる観測を用いても見わけることはできません。
          これは直感的にもご理解いただけるかと思います。

          ちなみにこの判別不能性と複製不可能性は深く関わっています。
          判別可能であればご指摘のように複製を作ることができますし、
          複製可能であれば複製を山のように作成して観測を
          何度も何度も行えば大数の法則によりいずれ判別ができます。

          # なんて書いてたら上に no-cloning theorem について書いてる方がいるな…

          > 必然的に量子テレポートは起こりません。
          はたぶん違ってまして、別に起こるけどコピーできるものは
          転送する価値が無いんじゃないですかね。
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  • でじゃぶ？ (スコア:2, 参考になる)

    by yanagi (6075) on 2004年06月18日 17時31分 (#572223) ホームページ 日記
    あれ？ここ１年くらいの間に似たような話を聞いたような覚えが．
    と思って調べたら「100%確実な量子テレポーテーション [srad.jp]」ですね．
    あちらは量子ですが、今回は原子で行ったとのことで、急速に
    現実味が増してきましたねぇ.
    --
    やなぎ
    字面じゃなく論旨を読もう。モデレートはそれからだ

    • Re:でじゃぶ？ (スコア:1)

      by kiyotan (3912) on 2004年06月18日 18時07分 (#572240) 日記

      あちらは量子

      なんだか激しく誤解を招きそうな書き方な気がする。
      間違ってはいないけどね。量子数持ってれば量子なんだろうけど。
      で、テレポーテーションは量子数を移したと。量子力学的には
      量子数が全く同じ量子は区別がつかないことになってるから、
      まぁ、テレポーテーションと言っても問題ないって話よね。
      --
      Kiyotan
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  • わけがわからないが (スコア:1, 興味深い)

    by Anonymous Coward on 2004年06月18日 15時32分 (#572140)
    まったくの素人なんでわからんのですが、これは既知の物理法則に反したりはしてないんでしょうか？

    将来的にこの原理でテレポーターが実現したりしますか？

    ＃石の中にいる・・・

    • Re:わけがわからないが (スコア:4, 参考になる)

      by chiba-f (6867) on 2004年06月18日 16時55分 (#572200)
      参考として採用された記事の方を書いた者です．

      これは既知の物理法則に反したりはしてないんでしょうか？
      実験は情報が二つの粒子の間で光速を超えて伝わったことを示しているので，作用は光速を超えて伝わらない（物理法則は局所的である）とする特殊相対性理論の要請と矛盾すると思われます．アインシュタインがこれをパラドクスと言ったのは，そういう意味です．（タレ込む時に書き忘れました．）ですが，実験でこの非局所的な現象が確認されてしまった(*)ので，現在はパラドクスとは考えられていないようです．一方，特殊相対性理論は多くの場合正しい予言をするので，この確認された量子力学の非局所性と特殊相対性理論を論理的にどう折り合いをつけるかが問題だと思うのですが，物理学者の方が現在どう考えているかは，不勉強で，存知ておりません．（素人なので，間違ったことを言っているかもしれません．）
      (*)実験で最初に確認したのはフランスのアスペ（1982年）です．
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      • Re:わけがわからないが (スコア:3, 参考になる)

        by Anonymous Coward on 2004年06月18日 17時58分 (#572236)
        ちょっと違います。EPRはその論文中で、特殊相対論を用いて量子力学を批判しているわけではありません（そのような視点は後の議論の中で出てきます）。当初は、ある種の思考実験において、量子力学が禁じているはずの「共役な物理量（位置と運動量）の同時測定」ができてしまうことを指摘し、量子力学の不完全性を主張していました。 この議論にもいくつかの派生がありますが、パラドクスかどうかという点ではそのような非局所的な相関は「ある」ということで片付いていると思われます。
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    • 同じくよくわからないが… (スコア:1, 参考になる)

      by Anonymous Coward on 2004年06月18日 15時42分 (#572148)
      >その粒子の状態がもう片方の粒子に瞬時に伝わると言うものである
      と書いてあるので物理的にテレポートする訳じゃなく

      ほげと言う物質がAとBの状態であったとして
      ほげ1(状態A) ほげ2(状態B) のほげ1にほにゃららすると
      ほげ1(状態A) ほげ2(状態A) になると言う事なのでしょうか？

      要するに量子レベルで2進数の演算が出来そうだって事ですか？

      #まったく判ってないのでAC
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      • > 要するに量子レベルで2進数の演算が出来そうだって事ですか？

        僕も、話が難しすぎて、よく分かっていないが、
        応用次第で、単純な２進数の演算よりも、もっと凄い使い方が出来るので、
        それが理由で、量子コンピューティングは期待されているらしい。

        http://eve.phys.s.u-tokyo.ac.jp/indexj.htm [u-tokyo.ac.jp]
        【量子情報とは】
        量子情報は、0と1からなる2進数の「ビット」を基本単位とするような古典力学的な状態で表される従来の情報（古典的情報）に対して、0と１のみならず0と１の任意の重ね合わせ状態を取ることができるような量子力学的な状態で表される情報を指し、量子２準位系の状態で記述される「量子ビット(qubit)」を基本単位とする（下記の図参照）。

        量子情報を用いると古典情報とはクラスの違う情報処理が可能となるため、古典情報処理の限界を超えるブレークスルーの候補として近年注目を集めている。量子情報処理の例としては、量子コンピューティング、量子暗号、量子テレポテーション等が提案されている。


        http://www.morikita.co.jp/mokuji/8279.html [morikita.co.jp]
        【「量子コンピューティング」】
        古典コンピュータ（現在の電子コンピュータ）は，０と１という２値ビットのみで情報を表し処理する．一方，量子コンピュータは，０と１に対応した量子状態の原理的に無限個の量子重ね合わせ状態を用いて量子並列処理を行う．このため，ある種の問題を古典コンピュータより圧倒的な速さで処理できると期待されている．

        しかし、東大のページの方の文章表現は、ちょっと過剰に複雑/難解すぎる・・・。 もうすこし分かりやすい表現で、同じ内容を伝えられないもんかなぁ・・・。
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    • > これは既知の物理法則に反したりはしてないんでしょうか？

      アインシュタイン翁が反論していた時代が有ったということは、
      むかし（その当時）の理論では、反しているかもしれないと思われていたが、
      現在の最新の理論では、反して居ない（いなさそう）だと分かっている・・・。
      ということだと思う。

      あと、どんなことでも、物理法則には反しない。（そりゃそーだ！）
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      • Re:わけがわからないが (スコア:1, 興味深い)

        by Anonymous Coward on 2004年06月18日 16時45分 (#572191)
        瞬時にってとこが、どうもアインシュタインのお気に召さなかった
        ようです。因果律ってのは有限の速度(光速)で原因から結果へと
        伝わるってのがアインシュタインの考えみたいだし。
        そもそも瞬時ってことは原因と結果が同時ってことだけど
        離れた二点における同時性ってのは、慣性系(観測者)に依存する
        ものであんまし物理的には意味がないってのは、相対論の基本的な
        結果だし。
        相対論でよくある宇宙船の真ん中から左右に光を放つのを
        宇宙船の外からみるってシチュエーションをエンタグルられた光子に
        応用するとどうなるかよくわかりません。
        教えてください、えらい人たち。
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  • 観測方法 (スコア:1, 興味深い)

    by Anonymous Coward on 2004年06月18日 15時42分 (#572147)
    量子は観測しようとすると状態が変わってしまう筈なのに
    一体どうやって量子間で状態が移動した事を確認するん？

    • Re:観測方法 (スコア:2, 参考になる)

      by maho (9810) on 2004年06月18日 16時06分 (#572161)
      測定する性質に対して、量子状態が固有状態だと変化しませんよ。 より正確には測定を行うhermite operatorのeigenstateだと、wavefunctionは変化しないです。
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      • Re:観測方法 (スコア:1)

        by locate (5848) on 2004年06月18日 21時41分 (#572327) 日記
        > 測定する性質に対して、量子状態が固有状態だと変化しませんよ。
        > より正確には測定を行うhermite operatorのeigenstateだと、
        > wavefunctionは変化しないです。

        どこにも「量子状態が固有状態だ」とは書いてないですよね。
        自分で勝手な仮定（量子状態が固有状態）を述べて、
        それに対する答え（波動関数は変化しない）を書いてるだけで、
        ぜんぜんもとの質問の答えになってないと思うんですが。
        ＃これを「参考になる」のモデしてる人って、ほんとに分かってるんだろうか。。
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        • Re:観測方法 (スコア:1)

          by maho (9810) on 2004年06月18日 22時20分 (#572346)
          ＞どこにも「量子状態が固有状態だ」とは書いてないですよね。
          yes.
          しかし、どこにも量子状態が固有状態でないとも書いてませんよね。
          もとの文を引用すると、
          ＞ 量子は観測しようとすると状態が変わってしまう筈なのに
          ＞ 一体どうやって量子間で状態が移動した事を確認するん？
          僕の主張は、「観測しようとすると状態が変わってしまうはず」という文章
          は少なくとも嘘だということです。つまり、観測したら状態が必ず変化する訳ではないのです。
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    • Re:観測方法 (スコア:2, 参考になる)

      by phason (22006) <mail@molecularscience.jp> on 2004年06月18日 22時51分 (#572360) 日記
      一番簡単な2個の1/2スピンが逆向きにカップルしている場合を
      考えます．
      Singlet状態では，二個の電子のスピンは必ず逆を向いています
      ので，例えば鉛直方向に主軸を取って測定してAがupなら，Bは
      鉛直方向に必ずdownになります．ただしこの場合，水平方向の
      情報は測定により必ず失われます．
      #逆に観測の主軸を例えば東西方向に取ると，そちらのup-down
      #の組になりますが，南北方向および鉛直方向の情報は失われ
      #ます．

      ここで，3つのスピンA,B,Cを考えます．AとBはSingletであり，
      それぞれがどちらを向いているかは分からない(正確には不定
      であり，測定するまで決まっていない)ものの必ず逆を向いて
      います．
      ここでBとCとを相互作用させ，Bの状態をCに転送します．
      #この際，必ずBの状態は破壊されます．

      すると，テレポーテーションがうまくいっているのなら今度は
      AとCは必ず逆を向いていることになります．
      ですから，鉛直方向に測定してAがupなら必ずCはdown，逆に
      AがdownならCはupになるはずです．
      勿論，情報が転送できていなくても1/2の確率でAとCは逆向き
      になりますが，多数回の測定を行えば，テレポーテーションが
      うまくいっている場合のみAとCが逆に出る確率は1/2より有意に
      大きくなるはずです．
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  • 話が難しすぎるので、誰か、ウサギとカメの例え話を使って、
    分かりやすく説明してくだちい！

    光子の実験だったら、「同時に発生した光子のペア」を使うから、
    門外漢でも感覚的に分かりやすかったけれど、
    原子を丸ごと新しく発生させるのは無理だろうから、なぜペアになるのかが分からない。
    今回の実験では、
    「とある原子が（同時に）持つことが出来る複数の状態のうちの１つ」のエンタングルメント性を使ったということ？

    ものすごく幼稚で単純な理解のしかたで言ったら、
    ３次元空間では、空間的距離が離れている状態に見えても、
    ３次元空間以外の系から見れば、くっついている。（というより、最初から最後まで同一。）
    だから、状態が伝わる。（なぜなら同一なのだから伝わって当たり前。）
    ということなのかな？？ ワカラン。
  • どうなるんですか。たましいをぬかれてしまうとか。

    第３の粒子の状態がもとのままだと、転送というよりはコピーになるのかな。
    • コピーできるとすると、コピーをとることでオリジナルの状態をかきみだすことなく、いくらでも粒子を観測できるようになってしまいます。
      これは量子力学の基本原理に反します。
      --
      /.configure;oddmake;oddmake install
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  • アインシュタインが「気味が悪い」と言ったのは、 (スコア:1, 参考になる)

    by Anonymous Coward on 2004年06月18日 16時56分 (#572201)
    「量子テレポーテーション」についてというより、EPR の思考実験についてですよね。

    #彼が生きていた当時には、まだ量子テレポーテーションの話はなかったと思う。
  • 中に猫が入ってるようになる、と ;-p

    # リセットボタン以外で活躍して欲しいので ID

    --
    mobile ID portable_NoGood [slashdot.jp] 併用中

  • テレポートへの壁? (スコア:1)

    by take0m (4948) on 2004年06月18日 21時16分 (#572316) 日記
    量子状態は復元できるとして、
    原子はどうやって用意して、所定の位置に置くのかな?

    予め主要な原子をどこかにプールしておくのかな?
    それとも、エネルギーから物質を生成する??

    それをSTMやSPMで1個ずつ並べるのですかね??
    • >エネルギーから物質を生成する

      それは難しいので．
      特に狙った物質を低エネルギーでトラップとなると・・・．

      >予め主要な原子をどこかにプールしておくのかな

      で，こっちです．
      でも，

      >それをSTMやSPMで1個ずつ並べるのですかね

      ではありません．それやっちゃうと，基板に載ってる=基板と
      相互作用がある，ですので，量子状態が崩れてしまいます．

      と言うわけで，普通はイオンにして電場で閉じ込めます．
      http://heart-c704.uibk.ac.at/paul_trap.html
      http://www.boulder.nist.gov/timefreq/ion/qucomp/apparatus.htm
      あたりとかどうでしょう．Paul trapとかで検索するのも良いかも．
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吾輩はリファレンスである。名前はまだ無い -- perlの中の人