量子もつれの情報伝達について

質問

こんばんは。

雑誌で量子論の記事を読んでいて疑問に思った事があるので質問させていただきます。

僕は機械学科の工学部生なので、量子論の方は知識をかじった程度なので
詳しく知っている訳ではありませんが、量子もつれについて

・量子の状態は確率でしか表す事ができず、いろいろな状態が共存している。
・観測によって初めて状態が決定される。
・量子もつれの状態にある量子は、片方の状態が決定したときに、もう片方の状態も決定される。

と理解しています。

（説明下手ですみません）

ここで疑問なのですが、「量子もつれを用いて瞬時に情報を伝達する事ができる」、「量子に情報を保存しておく事ができる」などといったことを聞いたのですが、そもそも量子に情報を持たせるとはどういう事なのでしょうか？

この電子のスピンが、観測したら右だった。
↓
じゃああの電子のスピンは左か。といった情報伝達なら理解できるのですが、

「あいうえお」などのような情報を記憶させ、伝達させる事など可能なのでしょうか？

情報を記憶させた瞬間に、確率は収束してしまって、量子もつれにならない気がするのですが？

（ホント説明下手ですみません）

僕の知識が間違っていたら申し訳ありません。

可能ならば、その仕組みも教えていただけると幸いです。

長文失礼しました。
よろしくお願いします。

回答No.3

stomachman

質問にご自身で「ならない気がする」とお書きの通り。EPR相関を正しく理解なさっていると思います。

　なお、仮に超光速通信ができたとすると、相互に高速で運動する座標系に生じる時間の遅れの効果を組み合わせれば、未来から過去へ向けて信号を送る系が構成できる。つまり因果律が破綻してしまう。「通信が速くできる」どころの騒ぎではない、トンでもねー話。

回答No.2

chiha2525

質問の回答としてはちょっと分かりづらかったから補足を。

量子テレポーテーションで、元のQbitと、量子もつれの量子これをaとbとしましょう。

元のQbitと量子aを重ね合わせると、量子bの状態が変わります。これに、元のQbitと量子aを重ね合わせたものの観測結果を得て、それを量子bに演算すると、量子bの状態が元のQbitと同じになります。

回答No.1

chiha2525

おそらく量子コンピュータ関係の話なのだと思います。
量子コンピュータでは、普通のコンピュータのbitのかわりにQbitというものを使います。
このQbitは量子で、複数の状態が重ねあわされた状態（量子力学的に言えば波動関数（だったかな））です。演算することは、演算子を掛けることと同じです。
Qbitは、観測すれば0か1のどちらかを返しますが、観測されるまでは不定です。

重ね合わせられた状態に演算することで、複数の演算を１度で出来てしまうことになり、複数のQbitを使用して非常に上手いアルゴリズムで使用すると、既存のコンピュータでは非常に時間のかかる計算を一瞬で終わらせることが知られています。それが非常に大きい数字の因数分解のアルゴリズムです、というか量子コンピュータで今知られている有効なアルゴリズムはこれだけだったような気がします。ただ、これができると公開キー方式の暗号などが簡単に解けてしまうので注目されています。（あと検索アルゴリズムもあったっかな・・覚えていない）

話をもどしますが、bitが複数で複雑な情報を持つようにQbitも複数で複雑な情報を持つと思っても良いです。１つでも、観測されるまでは0～1の間の無限の段階の値を取りえますが。

ちなみに量子もつれがでてくるのは、Qbitの量子テレポーテーションと言われるところです。なんかカッコつけてますが、普通のbitでいえば、ただのコピーです。この文章もサーバに置かれたbitがあなたのPCにコピーされて表示されているわけですが、Qbitの場合、コピーすることが出来ないことが知られています。コピーしようとすると元の状態が壊れてしまうのですね。量子暗号が、盗聴されるとデータが壊れてしまう、というのと似たようなものです。
Qbitはコピーしようとすると元の状態が壊れるのですが、送り先には同じQbitの状態が再現されます。それで量子テレポーテーションなどという大げさな名前が付いています。それで、このQbitの量子テレポーテーションを行う際に、量子のもつれ状態にある量子が使用されます。その時、元のQbitの状態から送り先のQbitへ情報が伝わる速度が、（量子のもつれ状態を使うので）理論的には光速を超えます。
ただし、元のQbitの状態を送り先で再現するためには、元のQbitの観測した情報が必要となるため、有効な情報は光速を超えて転送されないということになる、だったかな。
まぁ、一見情報を光速を超えて伝えれるような感じがするけど、実際はダメなんだよ、という話が、どの本でも必ずといってよいほど書かれています。