量子もつれは、現代の物理学者にとって最も挑戦的な研究分野の一つであり続けています。アインシュタインによって「遠くでの不気味な行動」と説明されて、科学者は量子力学のこの面が古典的な力学といかに共存できるかを和解させることを長い間求めてきました。本質的に、2つの粒子が遠くに接続できるという事実は、局所性とリアリズムの規則に違反します。
正式には、これはベルの不等式に違反しています。この理論は、量子力学と矛盾しているにもかかわらず、局所性とリアリズムが有効であることを示すために数十年にわたって使用されてきました。ただし、最近の研究では、ルートヴィヒマクシミリアン大学（LMU）とミュンヘンのマックスプランク量子光学研究所の研究者チームが、再びベルの不等式に違反し、エンタングルメントの存在を証明するテストを実施しました。
彼らの研究は、「絡み合った原子を同時に検出と局所性ループホールを閉じて使用するイベント対応ベルテスト」というタイトルの論文が最近出版されました。 物理的レビューレター。 LMUの物理学者であるWenjamin RosenfeldとMax Planck Institute for Quantum Opticsが率いるチームは、2つの粒子を遠くに絡ませて、Bellの不等式をテストしようとしました。
ベルの不平等（1964年に提案したアイルランドの物理学者ジョンベルにちなんで名付けられた）は本質的に、オブジェクトのプロパティは観察されない（リアリズム）とは無関係に存在し、情報や物理的影響は光の速度（局所性）より速く伝播することはできないと述べています。これらのルールは、私たち人間が日常的に経験する現実を完全に表現しています。そこでは、物事は特定の空間と時間に根ざし、観察者から独立して存在します。
しかし、量子レベルでは、物事はこれらのルールに従っていないように見えます。粒子は、非局所的な方法で長い距離（つまり、絡み合い）で接続できるだけでなく、これらの粒子の特性は、測定されるまで定義できません。また、すべての実験で量子力学の予測が正しいことが確認されていますが、一部の科学者は、局所的なリアリズムを可能にする抜け穴があると主張し続けています。
これに対処するために、ミュンヘンチームはLMUの2つの研究所を使用して実験を行いました。最初の実験室は物理学部の地下室にありましたが、2番目の実験室は経済学部の地下室にありました-およそ400メートル離れています。どちらのラボでも、チームは局所トラップに単一のルビジウム原子を捕獲し、単一の光子を放出するまでそれらを刺激し始めました。
ウェンジャミンローゼンフェルド博士がMax Planck Instituteのプレスリリースで説明したように、
「私たちの2つの観測所は独立して運営されており、独自のレーザーと制御システムを備えています。実験室間の距離は400メートルであるため、一方から他方への通信には1328ナノ秒かかり、これは測定プロセスの継続時間よりはるかに長くなります。したがって、1つのラボでの測定に関する情報を他のラボで使用することはできません。それが局所性抜け穴を塞ぐ方法です。」
2つのルビジウム原子が光子を放出するポイントまで励起されると、ルビジウム原子のスピン状態と光子の偏光状態が効果的に絡み合います。次に、光子を光ファイバーに結合し、セットアップに誘導して干渉させました。科学者たちは、8日間の測定を実行した後、約10,000のイベントを収集して、信号のもつれをチェックしました。
これは、トラップされた2つのルビジウム原子のスピンによって示され、同じ方向（またはエンタングルメントの種類によっては反対方向）を指します。ミュンヘンチームが発見したのは、大部分のイベントで、原子は同じ状態（または反対の状態）であり、ベルの不等式と一致する偏差は6つしかないことでした。
これらの結果は、2015年にオランダの物理学者チームによって得られた結果よりも統計的に有意でした。その研究のために、オランダのチームは、1.3 km離れた研究所のダイヤモンドの電子を使用して実験を行いました。結局、彼らの結果（およびベルの不等式に関する他の最近のテスト）は、量子もつれが本物であり、局所的なリアリズムの抜け穴を効果的に塞いでいることを示しました。
ウェンジャミンローゼンフェルドが説明したように、彼のチームが実施したテストは、他の主要な問題に取り組むことで、これらの他の実験を超えました。 「原子のスピン状態を非常に高速かつ効率的に決定することができました」と彼は言った。 「それにより、2番目の潜在的な抜け穴を閉じました。観測された違反は、検出された原子ペアの不完全なサンプルが原因であるという仮定」。
ベルの不平等の違反の証拠を取得することにより、科学者は古典物理学と量子物理学の間の永続的な不一致を解決するだけでなく、彼らはまた、いくつかのエキサイティングな可能性への扉を開いています。たとえば、科学者は何年もの間、エンタングルメントに依存してバイナリコードの0と1をシミュレートする量子プロセッサの開発を期待してきました。
量子力学に依存するコンピューターは、従来のマイクロプロセッサーよりも飛躍的に高速になり、研究開発の新時代を先導します。同じ原理がサイバーセキュリティにも提案されており、量子暗号化が情報を暗号化するために使用されるため、従来のコンピューターに依存するハッカーには無防備になります。
最後に、確かに重要なことですが、量子エンタングルメント通信の概念があります。これは、光速よりも速く情報を送信できる方法です。相対論的コミュニケーションの限界に縛られなくなったら、宇宙旅行や探査の可能性を想像してみてください。
アインシュタインは、量子もつれを「不気味な行動」として特徴付けたとき、間違いではありませんでした。実際、この現象の影響の多くは、物理学者にとって魅力的であるのと同じくらい恐ろしいものです。しかし、私たちがそれを理解することに近づくほど、宇宙のすべての既知の物理的な力がどのように組み合わさるかについての理解を深めることに近づくでしょう–別名。すべての理論！
