ナナイの大冒険

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量子のもつれって何?意味を簡単に

2022/08/17
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量子もつれとは、遠く離れた不気味なアクションです。


量子のもつれとは、物事が少しずつ、または量子領域内で発生するときに見られる非常に奇妙な現象の 1 つです。2 つ以上の粒子が特定の方法でリンクすると、それらが空間でどれだけ離れていても、それらの状態はリンクされたままになります。つまり、それらは共通の統一された量子状態を共有しています。そのため、ある粒子を観測すると、粒子間の距離に関係なく、自動的に他のもつれた粒子に関する情報を得ることができるのです。また、1つの粒子に何らかの操作を加えると、必ず他の粒子にも影響を与えることが分かっています。

今回の記事は量子のもつれを簡単に解説します。




北斗とナナイの量子のもつれ



量子もつれを発見したのはだれですか?


物理学者たちは、20世紀初頭の数十年間、量子世界の力学を研究する中で、もつれの背後にある基本的な考え方を発展させてきました。彼らは、素粒子システムを適切に記述するためには、量子状態と呼ばれるものを用いなければならないことを発見したのです。

例えば、原子の中の電子がどこにあるかは正確にはわかりませんが、どこにあるかもしれないということだけはわかります。量子状態とは、ある粒子の位置や角運動量など、ある性質を測定したときの確率をまとめたものです。例えば、電子の量子状態は、電子が存在する可能性のあるすべての場所と、それらの場所で電子が見つかる確率を記述しています。

また、量子状態は他の量子状態と相関があり、ある量子状態を測定すると、他の量子状態に影響を与えることができるのも特徴となっています。1935年の論文で、アルバート・アインシュタイン、ボリス・ポドルスキー、ネイサン・ローゼンは、強く相関した量子状態が互いにどのように影響し合うかを研究しました。その結果、2つの粒子が強い相関を持つと、それぞれの量子状態が失われ、代わりに1つの統一された状態が共有されることが明らかになったのです。つまり、1つの数学的な「容器」が、個々の粒子の性質に関係なく、すべての粒子を同時に記述することができるのではと 考えています。このような統一的な状態は、「量子もつれ」と呼ばれるようになります。

スタンフォード大百科辞典 Stanford Encyclopedia of Philosophy によると、2つの粒子がもつれ、つまり量子状態が強く相関して統一されると、粒子の一方を測定すると、粒子同士がどれだけ離れていても、もう一方に自動的に影響を与えることを発見したそうです。

量子力学の創始者の一人であるエルヴィン・シュレーディンガーは、「エンタングルメント」という言葉を最初に使った物理学者で有名です。彼は「もつれ」を量子力学の最も本質的な側面であるとし、その存在は古典的な思考回路から完全にかけ離れたものであると述べました。

Eprパラドックスとは何?


アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンが発見したように、エンタングルメントは瞬時に出現します。ある量子状態を知ることができれば、もつれた粒子の量子状態も自動的に知ることができるのです。原理的には、2つのもつれた粒子を銀河系の反対側に置いても、この瞬時の知識が得られるが、これは光速の限界に反しているように見えます。

アメリカ物理学会によれば、この結果はEPRパラドックス(アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンの略)として知られています。アインシュタインは、この効果を "spooky action at a distance" と名付けました。アインシュタインは、このパラドックスを、量子論が不完全であることの証拠としました。しかし、絡み合った粒子は距離に関係なく互いに影響し合うことが実験で繰り返し確認されており、量子力学は現在も検証されています。

パラドックスに対する一般的な解答はありません。しかし、絡み合った系は局所性(絡み合った系の一部が直ちに遠くの粒子に影響を与えること)は保たれないが、因果性(結果には必ず原因があること)は尊重される。遠くの粒子にいる観測者は、ローカルな観測者がもつれ合った系を乱したかどうかを知らないし、その逆もまた然りです。また、その逆も然りです。確認するためには、光速を超えない範囲で情報を交換する必要があるからです。

つまり、光速の限界は、もつれ合った系にも存在するのです。遠くの粒子の状態を知ることはできても、その情報を光速より速く伝達することはできないの です。

量子もつれはどのように作られるの?


粒子をもつれさせるには、さまざまな方法があります。ひとつは、粒子を冷却し、量子状態(位置の不確かさを表す)が重なるように粒子を近づけ、一方の粒子と他方の粒子の区別がつかなくなるようにする方法です。

もうひとつの方法は、核崩壊のような、自動的にもつれた粒子を生成する素粒子プロセスに依存する方法です。NASAによると、1個の光子を分割して2個の光子を生成するか、光ファイバーケーブルの中で2個の光子を混合することによって、もつれたペアの光子(光の粒子)を生成することも可能であるとされています。

量子もつれの応用として最も広く使われているのは、おそらく暗号技術で、Caltech Magazineによれば、量子もつれの応用として、暗号化技術で使用されています。Caltech Magazineによると、このシナリオでは、送信者と受信者が、もつれ合った粒子のペアを含む安全な通信リンクを構築します。送信者と受信者は、もつれた粒子を用いて、自分たちだけが知っている秘密鍵を生成し、それを使ってメッセージを暗号化します。もし誰かが信号を傍受し、秘密鍵を読み取ろうとすれば、もつれた粒子を測定することでその状態が変化するため、もつれが解けてしまいます。つまり、送信者と受信者は、自分たちの通信が危険にさらされていることを知ることになります。

量子コンピュータは、大量の粒子をもつれさせることで、複雑な大問題を解決することが可能になります。例えば、10個の量子ビットを持つ量子コンピュータは、従来の2^10個の量子ビットと同じ量のメモリを表現することができます。


量子もつれテレポーテーションとは?

量子テレポーテーションは、通常の「テレポート」という言葉とは異なり、粒子そのものが移動したり、変換されたりするわけではありません。Nature Newsによると、量子テレポーテーションでは、ある量子状態に関する情報が遠くまで運ばれ、別の場所に複製されます。

量子テレポーテーションは、従来の通信の量子版と考えるのが一番わかりやすいでしょう。

まず、送信者は、送信したい情報(量子状態)を含む粒子を用意する。次に、この量子状態を、もつれた2つの粒子のうちの1つと結合させる。このとき、もう一方の量子状態が変化し、その量子状態は任意の距離に存在するもう一方の量子状態に対応するように変化するという仕組みになっています。

受信者は、そのペアのもつれた相手の変化を記録することが出来るわけです。最後に、送信者は、通常のチャンネル(光速の制限を受ける)を使って、もつれたペアに加えられた元の変化を送信しなければならない、というわけです。これにより、受信者は新しい場所での量子状態を再構成することが可能になります。

しかし、量子テレポーテーションは、安全な通信を可能にするものであるということなのです。もし盗聴者が信号を傍受すれば、エンタングルメントが破壊され、受信者が従来の信号とエンタングルペアに加えられた変化を比較したときに、そのことが明らかになります。



参考文献 量子もつれとは? ポール・サッター著 2021 年 5 月 26 日 (英文)

ナナイと北斗の関係は量子のもつれなの?


北斗とナナイの量子のもつれ2



北斗とナナイの量子のもつれ1



北斗とナナイの量子のもつれ3



北斗とナナイの量子のもつれ4



北斗とナナイの量子のもつれ5



イケメン過ぎて声のかけられない店員さん 北斗のそっくりさん


これは2日前いつものスーパーにお買い物に行ったときに話です。


北斗のそっくりさん1



北斗のそっくりさん2



北斗のそっくりさん3



北斗のそっくりさん4



北斗のそっくりさん5



北斗のそっくりさん6



北斗のそっくりさん7



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イケメン過ぎて声のかけられない店員さん ナナイと北斗の夏休み2022

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ナナイと北斗の夏休み2022




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2022年 夏編のメインな登場人物

北斗
 主人公  前世はフランス人らしい 詳細は過去の漫画を是非ごらんください 

謙信
 北斗の親友   前世は英国人のプレイボーイらしい。実は拳法の達人で古代文書に詳しい。

ナナイ
 ヒロイン 北斗とはクリエーターとモデルの関係  ここでは北斗がモデル  ナナイは北斗をモデルに漫画とファッションデザインをしている。英国と米国帰りの年をサバ読む女子。

英国で勝負するなら超絶イケメンの日本男子のモデルがいないと無理だと断言していたが・・・目の前に北斗登場!で人生変わる! (リアルは筆者ナナイ海外在住歴20年です)

アルト
 北斗の元部下 北斗を追い抜こうと頑張っていた・・・・ 守護霊はアメリカ人の名門大全米1位のバスケの選手?
果物や野菜の効能に詳しい。

呂布
  アルトの前世をよく知っている 身長2m 生霊なのかおばけなのか守護霊なのかも謎。アメリカ時代はバスケの選手で活躍していた。リアフレはNBAの元選手が多数。でもアルトには姿が見えない。

アイリーン
  謙信と仲良しになった女子  実は凄い才能が・・・

モーフィアス
 北斗の元部下  職務に忠実で献身的に北斗に尽くすひと ナナイと同年代らしい。モーフィアスさんなので第6感がある。すご腕のエスパー。趣味でスーパーに勤務。実は古代の魔術や魔法本の解読が得意。

弦之介
  北斗の親友  忍者の末裔 箱根の風魔一族らしい。凄腕の料理人。最近彼女ができたみたい。どんな鍵でもすぐに開けてしまえる忍者の特殊技法がある。

愛着がわく登場人物を構築したいと以前から考えていました。一気に漫画を毎週20ページ描くか、毎日小出しにするか迷いました。それでアルバムに描きおろしを徐々にアップすることにしました。
毎日5コマだとなにか物足りない感じがしたからです。

セリフは、全部フィクションです。実際にはこんな会話はしません。特にモーフィアスさんのモデルの方とは殆ど会話をしたことはありませんが、「マトリックス」のモーフィアスのような重厚な雰囲気が漂うので、失礼ながら勝手にモデルにさせていただきました。もしかしたら、隠れファンが多いかもしれません。これを機にもうちょっと練りに練ったシナリオ展開を目指したいと思います。モールの中で一番背が高いのでダンクシュートに憧れるお子様たちがスーパーで敬礼にやってくるようです。



イケメン過ぎて声のかけられない店員さんの漫画夏登場人物2022



イケメンすぎて声がかけられない店員さん 3月8日前後から連載始めました。その前にもちょっとだけ挿絵的掲載していました。
よかったら是非遊びに来てください。お話は殆どフィクションです。



イケメン過ぎて声のかけられない店員さんの漫画登場人物8月


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