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 量子の不可思議さでもってメッセージをくるんでしまうことは、情報漏洩を防ぐ最上の手段である。これは量子技術に劇的な進歩をもたらし、無限のチャンネルを通じて暗号化された情報を送信する量子通信の未来の扉を開くことになるかもしれない。

 スコットランドと南アフリカの研究チームは、世界初となるエンタングルメント・スワッピング(もつれの交換)なるものの実験デモを行なった。

 これを利用することで、光子の軌道角運動量をこれまでよりずっと遠くに送信することが可能になる。
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長年にわたり謎とされてきた粒子の特性


 長年にわたり、粒子の特性は、それを測定する系の文脈においてでしか記述できないと言われてきた。粒子がその特性がある数であることを告げるものに衝突しなければ、その粒子は無限の確率を持つ曖昧な状態で存在し続ける。

 ここで奇妙なことがある。もしその粒子が測定される前に別の粒子と干渉したとすると、その別の粒子もまた測定系の一部であると言えるということだ。それについても、測定された粒子についても、両方がもつれるのである。

 最初の粒子の特性を測定することは、それを可能性から現実のものに変えるということだ。さらに、その測定はまったく同時にもつれた相手を可能性から現実のものに変える。

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 アインシュタインはこの理論にはどこか欠陥があると考え、折に触れて「不気味」とこき下ろしている。これについては1世紀近くが経過しているというのに、我々はいまだに得心できないでいる。

 それでも、もつれの奇妙なプロセスを用いれば、傍受不可能な超複雑コードを生成して、極めて堅牢なセキュリティを構築することができる。
 
 もつれた”可能性”(量子ビットという)の2つの配列が別個の2点に送信されているところを思い浮かべてみよう。各受信者は、伝達の特性を解読し、それが一致しているか相手に確認をとることで、それぞれが携えるメッセージが干渉されたのかどうかを知ることができる。

 一致していなければ、何者かが不正に光子を交換したということだ。

 しかし問題が1つある。量子ビットの配列を長距離で送信すると喪失するリスクがあるのだ。

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 このところ量子通信が大ニュースとして報じられている。分割されたレーザーを用いて1,200キロ上空の宇宙空間にまでもつれた光子を飛ばしたという実験のことだ。

関連記事:量子力学のブレークスルー。 粒子を宇宙にテレポートさせることに成功

 快挙であることは間違いないが、それでも世界的なネットワークを構築しようというのであれば、話にならないくらいの短距離でしかない。しかもこの送信にはダイレクトな見通し線が不可欠だ。

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エンタングルメント・スワッピングにより長距離の送信が可能に


 今回の新手法は、基本的に、一定間隔でセット可能で、もつれた粒子を量子状態のまま通過させることができる増幅器である。

 鍵となるのがエンタングルメント・スワッピング現象だ。A1とA2、B1とB2という2対のもつれた光子を想像してほしい。それぞれのペアの1つ(A1とB1)の同時に観測すると、それらはいわゆるベル状態測定の同じ系の中でもつれる。

 このことは、A2とB2もまたその相棒のおかげでもつれるということだ。

 これがもつれのスワッピング(交換)部分であり、中継器の基盤となる。これを使うと、短距離の量子メッセージを盗聴されたとみなされることなしに複写し、さらにもう一飛び送信することが可能になる。

 量子状態は通常2値である。ゆえに短点(トン)と長点(ツー)のモールス信号とほとんど変わらない。

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 だが、これで終わりではない。情報技術の歴史から何かしら学べるとすれば、十分すぎるバンド幅などないということだ。

 そこで軌道角運動量の出番だ。一種の光子のねじれだと思えばいい。1と0、あるいはトンツーでメッセージを作る代わりに、軌道角運動量を用いれば粒子1つで運べる情報を増やすことができる。これ自体は新しいものではなく、大量の光子で長距離をカバーするために必要となる一種の空間モードとして、コード化された情報の送信がすでに行われている。

 エンタングルメント・スワッピングが意味することとは、こうした光子を短距離の送信を繰り返しながら送信可能であるということだ。さらに、可能性としては別種の空間モードを利用しての情報送信を実現し、チャンネル数が無限にある未来への扉を開くこともできるかもしれない。

 アインシュタインに頭痛の種を与えたほど奇妙な量子力学だが、実に役立つものだ。きっと未来はもっと不気味だろう。

via:phys / sciencealertなど/ translated by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1.

  • 2017年09月28日 09:12
  • ID:3nGdN0wZ0 #
2

2.

  • 2017年09月28日 09:13
  • ID:myZkfFC.0 #
3

3.

  • 2017年09月28日 09:57
  • ID:d1oDwWJm0 #
4

4. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 10:36
  • ID:18GGNhVI0 #

あぁあの方法を使ったのか、そうかそうか。なるほどな。

5

5. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 10:41
  • ID:IRGYkTkq0 #

すごいなー

6

6. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 10:43
  • ID:O.HSnPuh0 #

はい
五分の一も理解できませんでしたw

7

7. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 11:06
  • ID:TIQZ8.MC0 #

モーガン・フリーマンの声で再生されたせいか、全く理解できなかった。
・・・いや、再生されなくても理解できない。

8

8. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 11:13
  • ID:.OHh2Vjg0 #

安倍「やれ」

光子「はい」

9

9. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 11:41
  • ID:iYeeHD8n0 #

…つまりどういうことだってばよ?

10

10. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 11:47
  • ID:gry.SQly0 #

エンタングルっ‼

11

11. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:19
  • ID:Bm.3Tnrc0 #

化学はそれを知らない者にとっては魔法と同じだとかどこかで見た気がするけど、何書いてあるか全くわからなくてホント魔法みたい

12

12. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:22
  • ID:pzeosaiL0 #

うむ、なるほど。わからん

13

13. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:25
  • ID:.b2oDffp0 #

起動角運動量??
そんな用語あったっけ。
光のスピンのことか?

14

14. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:27
  • ID:n..MX0dE0 #

光のバターにみえた

15

15.

  • 2017年09月28日 12:30
  • ID:WN6Lj0mx0 #
16

16. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:38
  • ID:4o.2ag5c0 #

なるほどわからん

17

17. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:48
  • ID:b5fF.xkO0 #

アインシュタインですら理解不能だった理論を俺ごときが理解出来るはずもなかった!
で、これで何がどう良くなるんだろう?
セキュリティの高いネットワークが構築出来るようになるの?それとも通信速度が速くなる?
誰か教えて…

18

18. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:54
  • ID:gaDq2Cid0 #

全く理解できなかった

19

19. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:54
  • ID:rrWpB1F80 #

光ケーブルの中継器みたいなものかしら。
中継器そのものは情報を読まずに送信可能なので秘匿状態は維持される、と。
誤り検出訂正みたいに壊れた情報も修復できるのかな。

20

20. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 12:56
  • ID:HUFmiQ5K0 #

遠距離のデータ転送のために短距離の複数回転送を繰り返しても盗聴されない性質のまま転送できることと、2進数データではなくn進数データとして解釈することで転送帯域を大きくできるってことなんだろうけどわかりにくいよ。

21

21. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 13:24
  • ID:4xDNzlX.0 #

生前のアインシュタインが反発してたから量子学の研究が遅れたんだよな

22

22. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 13:26
  • ID:TIQZ8.MC0 #

>>13
変換ミスだと思う。
軌道角運動量の間違いかと。

23

23.

  • 2017年09月28日 13:57
  • ID:EwMTigY20 #
24

24. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 14:08
  • ID:Xon9mhzx0 #

遊戯王カードを高速回転させてるだけ

25

25.

  • 2017年09月28日 14:39
  • ID:tn.9l2qp0 #
26

26. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 14:47
  • ID:Gr451POr0 #

俺も全くわからん!
文章を書いた人が本当に理解しており賢い人なら、一般人にも理解できる言葉で説明できるらしいが、一般の人に理解できる話ができない様だとその人はまだ本当に理解していないとどこかの学者が言っていたな。

27

27. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 14:54
  • ID:XOA8G1Ap0 #

※17
アインシュタインは量子論には否定的で、全ての状態の可能性があって観測した時点で確定するっていう理屈に「見ていないときは月は存在しないのか」と噛み付いてるくらい

※20
その通りなんだけど、書いてる本人が理解出来てないのかも

28

28. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 15:25
  • ID:8lV6.AWj0 #

東工大の西森秀稔(ひでとし)教授が開発・研究中の「量子コンピュータ」
    ↓
検索すれば、少しは理解のヒントになるかも知れないよ。
・・・と、いう我も out of 理解。
開発されれば、スーパー・コンピュータを遥かに凌ぐ存在になるらしい。

29

29. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 16:23
  • ID:.b2oDffp0 #

Bose粒子の光に軌道角運動量があるのか。
もつれた状態の2光子間の相対角運動量みたいなもの考えてるのかな??

30

30. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 16:29
  • ID:Iqm880dy0 #

書いてる奴もわかってない
無限の確率なんて言葉が出てる時点で

31

31. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 17:19
  • ID:foFhS6lW0 #

原理が解らんと「どこからでも見られる(盗聴)」物になり兼ねんと思うけど?

32

32. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 17:36
  • ID:acDQgHHH0 #

簡単に言うと 右回転する量子があって皆同じ右回転してんだけど
左回転にすると他の量子も左回転する。これだけなら普通にありそうなもんだが
この量子、間が離れていても同じようにふるまう性質がある。その距離はどんなに離そうが同じようにふるまう。距離を離す方法がネックだったけどそれが何万光年離れようが同じようにふるまうはずなので、右回転 左回転を切り替えると 通信が可能になるのではということ。この距離は光速の概念は関係ない。
なんでそんなに離れても同じようにふるまうかは異次元空間で繋がってるとしか言いようがない。

33

33. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 19:29
  • ID:NiIfJJZi0 #

光子を偏光させるのかな。偏光の角度そのものを情報にするということかな。

34

34. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 19:32
  • ID:uYOCb6dY0 #

まあようするにあれだな、うん。

35

35. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 19:41
  • ID:y58Y.Z7Q0 #

SFでよくある量子通信と言えば超光速通信だけどこれはあくまで量子ビットを利用した従来の電気的通信にとってかわる超高速て感じなのかな

36

36. 匿名処理班

  • 2017年09月28日 20:09
  • ID:ZgJn0jUS0 #

※10
先を越されウェットダメージが。

37

37. 匿名処理班

  • 2017年09月29日 00:50
  • ID:CVWJRh8A0 #

量子コンピューター時代になってプログラマとしてやっていけるか心配です

38

38.

  • 2017年09月29日 08:36
  • ID:6rtFCebb0 #
39

39. 匿名処理班

  • 2017年09月29日 16:22
  • ID:bA8YpwQj0 #

なるほど。これは旧人類には理解不能だな。。。子供たちに任せるか。

40

40. 匿名処理班

  • 2017年09月30日 09:06
  • ID:OUjRPc1C0 #

もうこの記事を読むことすら脳が拒否しました。

41

41. 匿名処理班

  • 2017年09月30日 12:50
  • ID:Purg9JHA0 #

※11
科学ね

42

42.

  • 2017年09月30日 12:52
  • ID:Purg9JHA0 #
43

43. 匿名処理班

  • 2017年10月07日 03:03
  • ID:QG1vmXm10 #

俺は理解できたぜぇ!!
俺が理解できないってことをな〜!

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