ポール・ラッドとスティーブン・ホーキングの量子チェス対決を見よう

私たちのほとんどにとって、チェスの試合を見るのは量子力学の講義を聞くのと同じくらい楽しい。だから、「量子チェス」に関するビデオは退屈だと思うかもしれない。おそらく、プレイヤーが有名な物理学者で宇宙学者のスティーブン・ホーキングと…俳優のポール・ラッドなら別だが。

そう、この短編映画「Anyone Can Quantum 」には、すべてが詰まっている。アントマンの映像。700年後の未来から来た不死身のキアヌ・リーブス。猫の動画。悪口。有名人やローマ法王による偽のツイッターコメント。ニュースキャスターへの言及。ビルとテッドへの言及。ビルとテッドの両者の参加（アレックス・ウィンターが監督を務め、リーブスが未来と現在の自分の声を担当する間、短いカメオ出演）。そしてもちろん、量子の奇妙さ。

このビデオはなぜ存在するのでしょうか? カリフォルニア工科大学の量子情報物質研究所は、専門家がさまざまな量子技術の将来について議論するイベントである量子サミットを記念して、Trouper Productions と共同でこの短編を制作しました。この短編映画は広告と娯楽の役割を果たしていますが、ポール ラッドと同じように量子力学の基礎を学ぶ入門書でもあります。

「700年前」と未来のリーブスはビデオの冒頭で朗々と語ります。「ポール・ラッドは、誰でも量子力学の概念に取り組むことができることを世界に示すことで歴史の流れを変えました。」ラッドは量子チェスという巧妙なゲームを通じてこの目標を達成します。量子チェスでは、駒はチェスのルールと量子力学の法則の両方に従わなければなりません。このゲームで何が起こっているかを理解するには、重ね合わせとエンタングルメントという2つの量子原理を習得する必要があります。

重ね合わせ

量子物体は、通常の身近な物体とは異なり、直感に反する複数の状態を同時にとることができる。通常のコインを投げると、表か裏のどちらかになることがわかる。しかし、量子コインを投げて、その状態を確認せずにすぐに隠してしまうと、コインは表と裏の「重ね合わせ」、つまり 2 つの状態の組み合わせで存在することになる。コインを観察するまでは、その真の状態はわからないが、その「波動関数」はわかる。これは、コインが特定の状態にある確率を表す。コインを覗き込むと、その波動関数は表か裏のどちらかの可能な状態のみに収束する。この現象の最も有名な例は、「シュレーディンガーの猫」である。

では、これは量子チェスにどのように当てはまるのでしょうか。どのターンでも、各駒 (たとえばクイーン) は複数の異なる動きをする機会があります。量子駒であれば、盤上の複数の場所を重ね合わせて存在し、一度に複数の動きを行うことができます。対戦相手は、クイーンがどの動きをしたか (つまりクイーンがどこにいるか) を、それを妨害しようとするまで知ることができません。そうすることで、対戦相手はクイーンを「観察」し、駒が可能な位置の 1 つだけに表示されるように強制します。

まだ混乱していますか? さらに複雑になります。

絡み合い

ネタバレ注意: トレーニング モンタージュ (もちろんトレーニング モンタージュはあります) の後、ポール ラッドとスティーブン ホーキングが白熱した量子チェスの戦いで対決します。ラッドは駒が 2 つしか残っていないため、危険な賭けを試みます。キングとビショップを絡ませます。

量子もつれとは、2 つの粒子が互いにリンクして 1 つのシステムのように動作する現象です。前の例の量子コインを取り上げます。コインをもつれさせると、各コインを波動関数で記述するのではなく、ペアに対して 1 つの波動関数を持つことになります。つまり、もつれたオブジェクトの 1 つを確認するだけで、その相手の状態について何かがわかります。コインの例では、波動関数によって、コインのペアの 1 つは表を上に、もう 1 つは裏を上にしていることがわかっているとします。コインの 1 つだけを観察して表を上にしているとわかれば、2 つ目のコインの状態を確認していなくても、裏を上にしていることがすぐにわかります。

チェスのシナリオでは、ホーキングはラッドのキングの可能性のある位置の 1 つを攻撃します。彼はキングを観察しています...これにより、ラッドのビショップの位置も明らかになります。観察により、ラッドのキングはホーキングが攻撃したマスにないことがわかりますが、ラッドのビショップはホーキングのキングを奪ってゲームに勝つのに最適な位置にあります。

基礎がわかったので、量子チェスをプレイする準備ができました。準備はできていますか?