概要
今月、 XNUMX人の科学者がノーベル物理学賞を受賞 量子世界の最も直観に反するが結果的な現実の XNUMX つを証明した彼らの仕事に対して。 彼らは、XNUMX つの絡み合った量子粒子が単一のシステムと見なされなければならないことを示しました。それらの状態は容赦なく互いに絡み合っています。たとえ粒子が遠く離れていてもです。 実際には、この「非局所性」の現象は、目の前にあるシステムが、何千マイルも離れた何かの影響を即座に受ける可能性があることを意味します。
もつれと非局所性により、コンピューター科学者は解読不可能なコードを作成できます。 デバイスに依存しない量子鍵配布として知られる技術では、一対の粒子が絡み合い、XNUMX 人に配布されます。 粒子の共有プロパティは、量子コンピュータ (従来の暗号化技術を破ることができるマシン) からでも通信を安全に保つコードとして機能できるようになりました。
しかし、なぜ 100 つの粒子で停止するのでしょうか。 理論的には、絡み合った状態を共有できる粒子の数に上限はありません。 何十年もの間、理論物理学者は、XNUMX 方向、XNUMX 方向、さらには XNUMX 方向の量子接続を想像してきました。これは、完全に分散された量子保護インターネットを可能にするようなものです。 現在、中国の研究所は、一度に XNUMX つの粒子間の非局所的なもつれと思われるものを達成し、量子暗号の強度と一般的な量子ネットワークの可能性を潜在的に高めています。
「二大政党の非局所性は、そのままでも十分にクレイジーです」と、 ピーター・ビアホースト、ニューオーリンズ大学の量子情報理論家。 「しかし、量子力学は、XNUMX つのパーティがあれば、それを超えることさえできることがわかりました。」
物理学者はこれまでに XNUMX つ以上の粒子を絡ませてきました。 レコードはその間のどこかにあります 14粒子 & 15兆、あなたが尋ねる人に応じて。 しかし、これらは短距離に過ぎず、せいぜい数インチしか離れていませんでした。 マルチパーティエンタングルメントを暗号化に役立つものにするために、科学者は単純なエンタングルメントを超えて、非局所性を実証する必要があります。 エリー・ウルフ、カナダのウォータールーにあるペリメーター理論物理学研究所の量子理論家。
非局所性を証明するための鍵は、XNUMX つの粒子の特性が他の粒子の特性と一致するかどうかをテストすることです。これは、エンタングルメントの特徴です。 たとえば、絡み合った双子にまだ物理的に近い粒子は、他の粒子に影響を与える放射線を放出する可能性があります。 しかし、それらがXNUMXマイル離れていて、ほぼ瞬時に測定された場合、それらはもつれによってのみリンクされている可能性があります. 実験者は、と呼ばれる一連の方程式を使用します。 ベルの不等式 粒子のリンクされたプロパティの他のすべての説明を除外します。
XNUMX つの粒子の場合、非局所性を証明するプロセスは似ていますが、除外できる可能性がさらにあります。 これにより、科学者が XNUMX つの粒子の非局所的な関係を証明するためにジャンプしなければならない測定と数学的フープの両方の複雑さが膨らみます。 「それにアプローチするための創造的な方法を考え出す必要があります」と Bierhorst 氏は言いました。そして、実験室で適切な条件を作り出すための技術を持っていなければなりません。
XNUMX 月に発表された結果では、中国の合肥にあるチームが重要な飛躍を遂げました。 まず、特殊なタイプの結晶を通してレーザーを発射することにより、 絡み合って XNUMXつの光子を数百メートル離れた研究施設のさまざまな場所に配置しました。 次に、各光子のランダムな特性を同時に測定しました。 研究者は測定値を分析し、XNUMX つの粒子間の関係は、XNUMX 方向の量子非局所性によって最もよく説明されることを発見しました。 これは、これまでの三方向非局所性の最も包括的なデモンストレーションでした。
技術的には、他の何かが結果を引き起こした可能性はわずかです。 「まだいくつかの抜け穴が開いている」と述べた。 学美区、研究の筆頭著者の一人。 しかし、粒子を分離することで、データの最も明白な別の説明である物理的な近接性を除外することができました。
著者はまた、新しい実験に基づいて、 より厳密な定義 過去数年間で勢いを増している三者間の非局所性。 過去の実験では、光子を測定するデバイス間の連携が可能でしたが、Gu の XNUMX つのデバイスは通信できませんでした。 代わりに、彼らは粒子のランダムな測定を行いました—通信が危険にさらされる可能性のある暗号化シナリオで役立つ制限です. レナート・レナー、スイス連邦工科大学チューリッヒ校の量子物理学者。 (古いパラダイムを使用して、カナダのチーム 実証 2014 年の距離での XNUMX 方向の非局所性。)
新しい定義に従う研究者は、これほど離れた粒子を絡ませることに成功したので、距離をさらに広げることに集中することができます。
「これは、長距離で大規模な実験を行うための重要な足がかりです。」 サイカットグハ、アリゾナ大学の量子情報理論家。
最も直接的に言えば、この技術はより広範な量子鍵配送を可能にする、と Renner は述べた。 絡み合った粒子を暗号化の鍵として使用する場合、物理学者が非局所性をテストするために使用するのと同じベル不等式により、秘密が完全に安全であることを確認できます。 メッセージの送受信に使用するデバイスが最悪の敵によって悪意を持って操作されたとしても、量子鍵を特定することはできません。 それらの秘密は、あなたと他の絡み合った粒子を持っている人との間にとどまります.
概要
量子鍵配送は「人々が興奮しているものです」と Renner 氏は言います。 去年、 XNUMXつの別々のグループ まだ小規模ではありますが、実験室でプロトコルを示しました。 そのため、XNUMX 方向の非局所性が非常に重要になります。 これらの XNUMX 方向接続は、いくつかの双方向リンクを組み合わせてシミュレートすることはできないため、「原則として、はるかに強力な暗号化能力を備えています」。
「これは根本的に新しいレベルの現象です」と Bierhorst 氏は述べ、デバイスに依存しない暗号化を基本的な双方向通信から秘密共有者のネットワーク全体に拡張する可能性があると述べました。
暗号化に加えて、マルチパーティのもつれは、他のタイプの量子ネットワークの可能性も開きます。 グハのような研究者は、 量子インターネット、通常のインターネットが通常のデバイスを接続する方法で、量子コンピューターをリンクできます。 このシステムは、さまざまな距離にわたってさまざまなレベルのエンタングルメントを持つ数百万の粒子を接続することで、多くの量子デバイスの計算能力を統合します。 そのようなシステムの個々の構成要素はすべて揃っていますが、それを組み立てることは「非常に大きなエンジニアリング上の課題です」と Guha 氏は言います。 この目標を念頭に置いて、オランダの科学者は 成功した XNUMX つの別々のラボにまたがるネットワークで XNUMX つの粒子を絡ませることで、Gu のチームとは異なり、非局所性を実証することに重点を置いていませんでした。
三方向もつれに関するこの研究は、「ただの興味深い現象」として始まったとビアホースト氏は述べています。 しかし、「他の方法では不可能であり、量子力学でできることがあれば、予期せぬ方法で利用できるあらゆる種類の新しい技術的可能性が開かれるでしょう。」
今のところ、いくつかの研究室では、互いに非常に接近している粒子間の XNUMX 方向の非局所性が実証されています。 「これらの実験は、現時点ではかなり推測的です。 多くの仮定を立てる必要があります」と Bierhorst 氏は述べています。
2017 方向の実験は、まだいくつかの仮定にも依存しています。 ノーベル賞受賞者は半世紀を費やして、双方向の実験でこれらの抜け穴を除外し、XNUMX 年にようやく成功しました。
「何十年も前に起こったことは、今ではXNUMX年かそこらで起こるだろう」と彼は言った.
