チューリッヒ工科大学のアンドレアス・ヴァルラフ氏と彼のチームが行った革新的な実験は、アルバート・アインシュタインの「局所的因果関係」の概念の信用をさらに揺るがした。その一方で、量子力学も強化されます。この重要な成果は、超電導回路を使用したシームレスなベルテストによって可能になりました。
アルバート・アインシュタインは量子力学に反対した
ベル テストは、1960 年代にジョン ベルによって思考実験として初めて提示されました。それは、量子力学の直感に反する予測が正確であるかどうか、あるいは原子レベルでのアインシュタインの従来の因果関係の概念が依然として適用されるかどうかについての長年の議論を解決することを目的としていました。
ベル テストでは、2 つの絡み合った粒子に対してランダムな測定が同時に実行され、ベルの不等式と比較されます。アルバート・アインシュタインの局所因果関係の概念が正しいことが判明した場合、これらの実験はベルの不等式を常に満たすことになります。逆に、量子力学はこの不等式の破れを予測しました。
アインシュタインが見た局所因果関係とは、何かがそのすぐ近くにあるものによってのみ影響を受けることを意味します。これは、静的なシステムでは、通常、影響力のある場所で何かが変更される可能性が最も高いということを意味します。
一方、量子力学では、粒子が遠く離れていても相互に直接影響を与えることができると想定しています。
実用的なベルテストは 1972 年から実施
実用的なベル テストは、1970 年代初頭にジョン フランシス クラウザーとスチュアート フリードマンによって実施されました。彼らの結果は、ベルの不等式が実際に破られる可能性があることを示し、量子力学の見解を裏付けました。しかし、彼らの実験における特定の仮定は、量子力学の懐疑論者の間で疑問を引き起こしました。
長年にわたり、研究によりこれらの抜け穴はどんどん塞がれていき、2015 年に真に抜け穴のない最初のベル テストが利用可能になりました。これらの実験は、量子力学を支持して論争をほぼ解決した。
「実用的なアプリケーションにとって特に興味深い」
これらの結果をさらに確認するために、ウォールラフ氏のチームは、将来の強力な量子コンピューターの潜在的な構成要素と考えられている超伝導回路を使用した革新的な実験を実施しました。
彼らの実験は、これらの巨視的な量子物体である超伝導回路も量子力学に従って機能することを確認することで、これまでの実験を超えたものでした。この発見は、量子コンピューティングと暗号化に重大な影響を及ぼします。
「修正されたベルテストは、たとえば、情報が実際に暗号化された形式で送信されることを示すために暗号化に使用できます」とETHチューリッヒは博士課程の学生Simon Storzの言葉を引用しています。 「私たちのアプローチを使用すると、他の実験設定よりもはるかに効率的にベルの不等式が破られることを証明できます。このため、実用的なアプリケーションにとって特に興味深いものになります。」
実験装置の長さ30メートル
真に完全なベル テストを実行し、アルバート アインシュタインの見解に反論するために、チームは洗練されたテスト システムを開発しました。彼らは、量子測定が完了するまで、2つの絡み合った回路間で情報が交換できないことを保証しました。
この施設は、長さ 30 メートルのチューブの両端に配置された 2 つのクライオスタットで構成され、それぞれが絶対零度近くまで冷却されました。超電導回路はこれらのクライオスタット内にありました。
「各測定が始まる前に、マイクロ波光子が 2 つの超電導回路の一方からもう一方に転送され、2 つの回路が絡み合います。次に、ランダム ジェネレーターは、ベル テストの一部として 2 つの回路でどの測定を実行するかを決定します。その後、両側の測定結果が相互に比較されます。」
チューリッヒ工科大学
研究チームの結果は、 研究の形で2023年5月10日にNature誌に掲載された。
アルバート・アインシュタインが反論
100万回以上の測定を実施し評価した結果、チームの結果はベルの不等式の違反を確認しました。これらの結果は、量子力学が巨視的電気回路における非局所相関を可能にし、超伝導回路が長距離にわたってもつれ得ることを示す説得力のある証拠を提供する。
この発見は分散量子コンピューティングと量子暗号に潜在的な影響を及ぼし、量子の世界の特殊性が私たちの技術の焦点となる未来への道を切り開きます。普遍的な天才であるアルバート・アインシュタインにとって、これは、少なくとも局所的な因果関係に関しては、彼は間違っていたことを意味します。