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時空間を橋渡しするワームホールを実験室で作成する実用的な設計図が初めて提案された。この発見は、人類が今後ワームホールを作る事を可能にするかもしれない。

量子コンピュータと量子もつれの原理を利用した新しい実験プロトコルにより、最終的には、送信者と受信者が粒子を交換することなく、未知の量子ビットを実体のない形で輸送することができるようになるという。

このプロセスは、テレポーテーション(物理的空間を介さずにある地点から別の地点へ物質やエネルギーを移動させる仮想的な方法)に似ている。しかし、テレポーテーションとは異なり、このプロセスでは、送信者と受信者の間で事前に共有されたもつれや古典的な通信は必要ないとのことだ。

研究著者であるブリストル大学量子工学技術(QET)研究所の名誉研究員で、スタートアップ企業DotQuantumの共同設立者であるHatim Salih博士は、この新しいプロセスを「カウンターポーテーション(Counterpotation)」と名付けた。

物理学者は、時空の異なる点をつなぐ構造物であるワームホールが存在する可能性を長い間提唱してきた。光速旅行とは異なり、ワームホールはアインシュタインの場の方程式の特別な解に基づいており、その存在は一般相対性理論と一致している。

著名な物理学者の中には、何十億光年も離れた地点を結ぶ、あるいはタイムトラベルが可能なトラバース可能なワームホールを人工的に作り出し安定させることができるかもしれないと主張する人さえいる。(それが現実的に可能かどうかは別として)

しかし、現在までのところ、ワームホールの実際の物理的な発生は観測・検証されていない。

しかし、量子コンピュータの登場により、これまでSFの世界であったアイデアが、科学者の手で実現されつつある。

2022年11月、カリフォルニア工科大学の科学者たちは、理論上のワームホールの振る舞いを研究するために、史上初の量子実験を開発している

量子情報技術において、「量子テレポーテーション」は重要な役割を担っている。しかし、テレビドラマ「スタートレック」に登場するエンタープライズ号が使用する転送装置のように、物理的な物体をある場所から別の場所に移動させることはできない。

量子テレポーテーションは、SFのテレポーテーションのようなイメージとは少し違う。量子テレポーテーションでは、ある粒子の量子状態が、別の場所に存在する別の既存の粒子に転送される。したがって、量子テレポーテーションでは、量子情報がそれに符号化されるために、基本構成要素の完全なセット、すなわち、すべての原子が受信側に存在することが必要である。

しかし、量子テレポーテーションとは異なり、Salih博士が提案する「カウンターポーテーション」という概念は、時空の構造における相互作用のない情報の伝達やショートカットを可能にし、これは俗に言うテレポーテーションのようなイメージに近いだろう。

「カウンターポーテーションは、テレポーテーションの最終目的である体外離脱を実現する一方で、情報通信キャリアを検出することなく、体外離脱を実現することができます」と、Salih博士は述べている。

しかし、カウンターポーテーションを実現するには、さらなる研究が必要であり、量子コンピュータの分野でも将来的なブレークスルーが期待される。これらのマシンはまだ遠い夢であり、「まだ誰も構築方法を知らない」と、Saleh 氏は認めている。だが、この画期的な量子コンピューターが構築された場合、この分野で革命的であることが証明される可能性がある。

「近い将来の目標は、研究室でこのようなワームホールを物理的に作ることで、ライバルとなる物理理論、さらには量子重力の理論のテストベッドとして利用することができます」


論文

参考文献

研究の要旨

我々は、未知の量子ビットを実体のない形で輸送するためのプロトコルを実験的に実現することを提案する(我々がカウンターポーテーションと呼ぶ)。私たちは空洞量子電気力学を用い、古典的な忠実度の限界に打ち勝つためのリソースを見積もる。ただし、テレポーテーションとは異なり、事前に共有されたエンタングルメントや古典通信は必要ない。私たちのアプローチは、物理的リソースの点で、これまでに提案された実装よりも何桁も効率的であり、既存の不完全なデバイスを用いた実証への道を開くものである。驚くべきことに、このような通信は「相互作用のない」測定とゼノ効果という観点から直感的に説明されるが、我々はそのどちらも必要ないことを示し、根本的な物理的現実を支持する広範囲な含意を持つに至った。さらに、コンストラクター理論から出発したカウンターポーテーションの説明の枠組み、すなわち局所ワームホールの特徴を明らかにする。逆に、2量子ビット交換不要の量子コンピュータを用いたカウンターポーテーション実験により、空間の横断が可能であることを示すと、そのような横断可能なワームホールが研究室に存在することを示唆することができる。

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