量子もつれとは、2つの粒子が互いに強く関連し合い、一方の状態が変化すると即座にもう一方の状態が決定される現象です。この遠隔作用が光速を超えて伝わるのか、という問いについては、量子力学と相対性理論の観点から重要な議論を呼んでいます。この記事では、量子もつれの基本的な仕組みと、光速より早く伝わるのかについて解説します。
量子もつれとは？その基本的な概念
量子もつれは、量子力学における非常に奇妙で直感に反する現象で、2つの粒子が「もつれ合う」と、その1つの粒子の状態が変化すると、たとえそれが非常に遠く離れていても、もう1つの粒子にも即座に影響を与えるというものです。
たとえば、2つの光子（光の粒子）が量子もつれ状態にある場合、一方の光子が偏光状態を変化させると、もう一方の光子も瞬時にその状態が決まります。この現象は、アインシュタインが「遠隔作用」と呼び、長らく物理学者の間で謎とされてきました。
光速より早く伝わる？相対性理論との関係
量子もつれが光速より早く情報を伝達するのではないかという疑問は、相対性理論との関係から非常に重要です。アインシュタインの相対性理論によると、情報や物質は光速を超えて伝わることはないとされています。
しかし、量子もつれの現象自体は、実際には情報を直接「伝送」しているわけではありません。粒子間で瞬時に影響を与えるように見えても、その情報が物理的に伝わるわけではなく、測定結果として瞬時に相関関係が決定されるという点が重要です。
量子もつれと情報伝達の違い
量子もつれによって、2つの粒子間で即座に相関が形成されることは確かですが、この現象は「情報の転送」とは異なります。実際、量子もつれを利用して情報を送ることはできません。これには、量子もつれ状態が瞬時に結果を決定するだけで、情報を転送するためには他の通信手段（例えば、光信号など）が必要です。
つまり、量子もつれは「情報伝達」を行わず、ただ相関が形成されるという現象であり、相対性理論と矛盾するものではありません。
量子もつれと通信技術への応用
量子もつれは、量子通信や量子コンピュータの開発において重要な役割を果たす技術です。特に量子暗号通信では、量子もつれを利用して非常に安全な通信を実現する可能性があります。
量子もつれを利用した量子通信では、情報が盗聴されてもすぐに異常を検知できる仕組みが作られつつあります。これにより、量子もつれは未来の通信技術に革新をもたらす可能性があるのです。
まとめ
量子もつれの遠隔作用は、光速よりも速く情報が伝わるものではなく、粒子間の即時的な相関関係が決定される現象です。この現象は相対性理論と矛盾するものではなく、情報伝達には他の手段が必要であることを理解することが重要です。量子もつれの利用は、今後の量子通信や量子コンピュータ技術において重要な役割を果たすと期待されています。
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