週刊リョーシカ！

2008-03-14掲載
これまでなにかと量子が1つの場合について話題にしてきました。でも考えてみれば、あんなに小さい量子のこと、もっとうようよ、いっぱいいるに違いありません。量子1つの時に特徴的なのは「重ね合わせ状態」という、たとえば0と1の重ね合わせなら 0と1がいくぶんかずつ含まれた状態。では、2つ以上になると？というのが今回の話題です。量子がもっとうようよいる時、量子たちはいったいどんな状態なのか ──というわけで、さっそく進めてまいりましょう。
	前回の量子力学のまとめですっかり片付いたと思ったらまだあるんですか？
	はい。まだあります。というより、やっとこれから始まるのですよ。さて、もし量子が2つあったら、 1つの時と違ってどんな状態が現れるでしょうか？
	え？　なんか違うんですか？
	ええ。実は、量子は “2つで1つ”の状態を構成するんです。
	ということは…… くっついちゃうんですか？
	いや、そうとも限りませんよ。 2つの量子が、空間的に離れたところにあってもぜんぜん構いません。
	くっついてもいないのに “2つで1つ”の状態というとわたしが思い浮かぶのは、長靴とか、手ぶくろとか、猫の手とか…… でも、たぶんイメージが違いますね？
	そうですねえ。少しゆっくり考えてみましょうか。まず量子が1つある場合、たとえば0と1の重ね合わせ状態にありますね。

	はい。それなら大丈夫、わかります。
	次に量子が2つある場合。 2つあってもこれらが、もしばらばらにあるならば量子1つの時と同じです。
	ばらばらにあるんだから、 1つずつの量子が2個ということですね？
	そうです。あっちの量子の状態はああだしこっちの量子の状態はこうというように、お互い別々な状態をとっています。ところが相互作用によって 2つの量子の間にある特別な関係ができあがると、量子特有の“2つで1つ”の状態を構成します。

	すると今度は、あっちとこっちで “併せてひとつの状態”を構成します。たとえば片方だけを操作しても、全体の状態が変化します。まさに“状態を共有している”んです。
	なるほど。すると量子には状態を連絡し合うしくみが備わっているのですか？
	いいえ、違います。 2つの量子はお互いの状態について連絡をとりあったりしている様子はありません。しかも表には現れない、隠れたルールもないのだ、と考えられています。
	約束事がないのに、量子どうしが状態を共有できる特殊な関係なんですね？
	そう。「エンタングルメント」と呼ばれています。「量子絡み合い」とも言います。これがたいへんに絡み合った「最大エンタングル状態」のなかでも特徴的な例を挙げると── まず2つの量子のうち、一方を測定したら「0」だったとします。
	はい。
	測定によって最大エンタングル状態が壊れて量子がばらばらになります。そして他方の量子は、 1つ目の量子の測定後の状態である「0」へ必ず変化する、といったことが起こりうるのです。

	しかし、片方の量子が変化したことをなぜもう一つの量子が知ることができたんだろう？通信してもいないのに……と考えるとちょっと不思議ですよね。 “2つで1つ”の状態って奥が深いなあ。
	そうですね。ちなみにエンタングルした状態にある 2つの量子を、遠く引き離してもまったく同様なことが起こります。そこで、量子のこの性質を使ってたとえば量子テレポーテーションなどを行うことができるわけなんですね。 2つの量子を操作することは、 1つの場合と比べて格段に難しいのですが、これらに成功することで、量子を使った情報処理や通信への道がぐんと拓けてきます。
	すると、量子が身近になってきますね。
	そう思います。 ──さて、今週はこのへんで。
	おっと、
（つづく）
第20回の『週刊リョーシカ！』いかがでしたか？量子が2つ以上になると格段に複雑になる。その複雑さのキーワードが「エンタングルメント」！というお話でした。さて2008年のスタートにあたる第11週から量子力学のさまざまな話題を採り上げてきた『週刊リョーシカ！』。来週は1回、お休みをいたします。そして再来週の28日からは、また新たなテーマで連載を再開。次回の『週刊リョーシカ！』をどうぞお楽しみに。
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