物理学者らが62マイル離れた場所に量子テレポーテーションで情報を伝える方法

テレポーテーションは、少なくともフィクションで描かれているような形では、現実には起こりません。ハリー・ポッターやカーク船長など、物質を物理的に 1 つの場所から消し去り、別の場所に再び出現させた人はいません。しかし、情報となると話は別です。

今週、科学者たちは量子テレポーテーション距離の新記録を樹立し、長さ 62 マイル (100 キロメートル) を超える光ファイバーの端にある光の粒子から別の粒子にメッセージを瞬時に送信しました。量子メモは、粒子間の空間を実際に移動することなく、粒子から粒子へと移動します (この場合、光ファイバーは 2 つの粒子を遠く離しておくためにのみ使用されました)。

日本の通信会社の研究者が開発したこの技術は、ハッカーから情報を守る取り組みを後押しする可能性がある。これは、相互にリンクすることでデータを安全に長距離テレポートする量子中継器と呼ばれる中継局の基礎となる可能性がある。

この技術はハッカーから情報を守る取り組みを後押しする可能性がある。

「人々がこの種の技術を最初に思い浮かべる用途の 1 つは、ある種の安全な通信リンクです」と、コロラド州ボルダーにある国立標準技術研究所の電子工学エンジニアで、 Optica 10 月号で研究を発表した武末弘樹氏のチームのメンバーであるマーティン・スティーブンス氏は言う。

どれも驚くべきことのように聞こえるが、遠く離れた粒子間のテレポーテーションはこれまでにも行われてきた。現在の距離記録は 88 マイルで、夜間に 2 つのカナリア諸島間をレーザーで照らすテレポーテーションを実施したウィーンのチームによるものだ。

空を飛ぶ光線は、衛星との量子通信に有効かもしれない。しかし、その方法で情報を送信するには見通しが利くことが必要であるため、地上での日常的な使用にはあまり実用的ではない。

「建物のように光を遮るものがあれば問題になります」とスティーブンス氏は言う。「都市のような環境では、地下に埋設された光ファイバーを使用できる方がはるかに便利です。」

光ファイバー内の光粒子間の長距離リンクを確立することは、光が光ファイバーを伝わる途中で吸収される傾向があるため、困難であることが証明されている。昨年、スイスのグループが15マイルのテレポーテーションに成功し、その基準を打ち立てた。

その記録を破るために、武末氏のチームは、お互いに不思議な量子的つながりを持つ粒子のペアから始めた。粒子はエンタングルメント状態にあり、つまり、一方の粒子に何かが起こると、粒子間の距離に関係なく、もう一方の粒子の挙動が瞬時に変化する可能性がある。研究者が粒子の 1 つを 62 マイルの巻き上げられた光ファイバーに送り込んだ後も、不思議な関係はそのままだった。

次に、一定のリズムでパルスを発するレーザーからの 3 番目の粒子が混合物に加えられました。研究者はそれを 1 つのバイナリ データでエンコードしました。今日のコンピューターのビットに格納される 1 または 0 と同様に、パルスはレーザーのビートと正確に同期するか、1 兆分の 1 秒遅れるかのいずれかになります。

その後、そのデータ粒子は、エンタングルされた粒子の 1 つ (光ファイバーを伝わってこなかった粒子) と出会いました。粒子が混ざり合うと、データが転送されることもありました。4 分の 1 の時間で、データ粒子とその新しい仲間は反対の状態になりました。つまり、一方は時間どおりで、もう一方は遅れていました。その場合、光ファイバーを遠く離れたエンタングルされた粒子は、データ粒子とは反対の状態であるパー​​トナーの状態を即座に採用しました。

検出器は絶対零度よりわずか1度高い温度、つまり冥王星の表面よりも低い温度に保たれている。

転送のその部分は瞬時に行われました。しかし、遠く離れた粒子の状態を読み取るには、光速で送信される追加のメッセージが必要であり、テレポーテーションを使用して情報を送信できる速度に制限が課せられました。

この研究は原理実証実験であり、実用化までに克服すべき技術的ハードルがいくつもある。まず、この研究が機能するには、検出器の温度を絶対零度よりわずか1度高い温度、つまり冥王星の表面温度よりも低く保つ必要がある。そのためには、大きくて高価な冷蔵庫が必要になる。

「テレポーテーションは量子情報から生まれた最も魅力的な用語の一つだが、これをすぐに応用できる段階にはまだ至っていない」と、今回の研究には関わっていないトロント大学の量子物理学者エフライム・スタインバーグ氏は言う。

しかし、この実験や世界中で行われている同様の実験を観察しているスタインバーグ氏や他の研究者たちは、これらの実験が新しい通信方法、さらにはインターネットの量子版につながることを期待している。