量子ステアリング (量子エンタングルメントに似た奇妙な非局所的現象) は、ステアリングされるシステムと外部システムとの間の共同操作によって完全に再現することはできません。 この新しい「複製禁止」定理は、量子状態を共有する XNUMX つの当事者のうちの XNUMX 人が、その状態を作成するために使用される量子粒子のソースを信頼しない場合に生じる状況を研究した中国の研究者による研究の結果です。 この発見は、基礎物理学にとって重要であるだけでなく、量子暗号と量子コンピューティングにも影響を与える可能性があります。
従来のコンピューターは、情報を 1 または 0 のいずれかの値を持つ「ビット」として保存します。対照的に、量子コンピューターは、光子の水平および垂直偏光状態、または「スピンアップ」および「電子のスピンダウン」状態。 これらの量子ビットまたはキュービットの状態は、0 と 1 に限定されません。 それらは、重ね合わせとして知られる中間の組み合わせで存在することもできます。 ただし、量子システムの完全な状態を完全に知ることはできません。つまり、量子ビットの完全な複製は禁止されています。 これはいわゆる「複製禁止」定理であり、量子暗号の基礎となっています。
もう XNUMX つの重要な原則は、XNUMX つ以上のキュービットが絡み合う可能性があるということです。つまり、それらは古典物理学で許容されるよりもはるかに密接な関係にあるということです。 XNUMX つの量子ビットが絡み合っている場合、それらの XNUMX つの状態を測定すると、それらがどれほど離れていても、XNUMX 番目の状態が自動的にわかります。 たとえば、XNUMX つの粒子のスピンがわかっている場合は、他の粒子のスピンを決定できます。
アルバート・アインシュタインは、絡み合った粒子が非局所的な方法で互いの状態に影響を与える可能性があることを暗示していたため、絡み合いのこの側面を不安に感じました。 1935 年に発表された論文で、彼と同僚のボリス ポドルスキーとネイサン ローゼンは、この形式の非局所性に反対し、イニシャルをとって EPR パラドックスとして知られるようになりました。 しかし、その後の調査で、彼らの主張が正しくないことが示されました。 2022年ノーベル物理学賞 彼らは、故理論家のジョン・スチュワート・ベルの研究に基づいて、エンタングルメント (したがって非局所性) が実際に私たちの物理的な世界の一部であることを実証しました。
「ステアリング・ノー・クローニングの原則」
ただし、量子エンタングルメントは、量子論における非局所性の唯一の形式ではありません。 量子ステアリングとして知られる別のタイプは、EPR パラドックスの一般化として Erwin Schrödinger によって最初に導入されました。 量子エンタングルメントでは、量子トランザクションに関与する XNUMX つの当事者 (伝統的にアリスとボブとして知られている) は、それぞれの状態を生成するために使用される量子粒子のソースを信頼します。 量子ステアリングは、このセットアップに非対称性をもたらします。現在、信頼できるソースは XNUMX つだけです (たとえば、アリスのもの)。 これにより、ボブが観測した粒子の状態をアリスが「操る」ことができます。つまり、彼女が絡み合った粒子ペアの半分に対して行った測定は、古典的に説明できない方法でボブの半分の状態に影響を与えます。
新しい研究で実証された「ステアリングの複製しない原則」は、この形式の非局所性に対する私たちの理解を深めます。 「元の複製禁止定理は、未知の量子状態を完全にコピーできる物理操作はないと述べています」と説明します。 フー・リン・チャンで研究者チームを率いた 天津大学物理学部 と 南海大学チャーン数学研究所. 「私たちの調査結果は、既知の状態での量子ステアリングは、その状態が『あまりにも量子的』である場合、完全にコピーできないことを示しています。」
アラン・アスペクト、ジョン・クラウザー、アントン・ザイリンガーが2022年のノーベル物理学賞を受賞
研究者はまた、EPRステアリングと呼ばれる密接に関連したタイプの量子相関が部分的にクローン化できることも発見しました。 EPR ステアリングは、ステアリングされた状態のオブザーバーが測定者を信頼していなくても、量子ステアリングを説得力を持って実証するために使用できる状態に存在します。 したがって、これは量子ステアリングよりも「強い」量子特性と見なすことができる、と Zhang は説明する。 「Alice と Bob の間の量子情報タスクで、クローン マシンを使用してサード パーティの 'Charlie' によって攻撃された場合、結果は Alice と Bob の間の EPR ステアリングにしきい値を設定し、Alice と Charlie の間の EPR ステアリングを除外します」と彼は言います。 物理学の世界.
「量子ステアリングの複製禁止は、元の複製禁止定理と禁止定理と同様に、量子重ね合わせの結果です」と彼は付け加えます。 （複合システムにおける）「混合」状態の拡張された非クローニングシステム。」
研究者は現在、「量子性」の程度が他のノーゴー定理にどのように影響するかを調べています。 「私たちは、量子クローニングの枠組みの中で、複数のオブザーバー間で非局所性やその他の種類の量子情報を共有するプロトコルを研究しています」と Zhang 氏は明らかにします。 「非局所性と情報を共有するというこのようなトピックは、量子情報科学の基本です。」
作業の詳細は 中国の物理学の手紙.
