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「暗号解読―ロゼッタストーンから量子暗号まで」 / 新潮社 量子論の宿題は解けるか / 講談社ブルーバックス The Physics of Quantum Information: Quantum Cryptography, Quantum Teleportation, Quantum Computation/Springer Verlag 　 　　　　　　　最終更新日 2002/08/29 　　 イントロダクション 量子テレポーテーションに関する歴史 より安全な暗号を目指して 量子テレポーテーションの基礎 量子テレポーテーションの流れ(理論編) 量子テレポーテーションの流れ(実験編) 今後の展望＆リンク集 　 ■量子テレポーテーション、量子暗号 　−量子テレポーテーションに関する歴史 　ここでは量子テレポーテーションだけでなく、その理論的基礎となった「EPRペア」の誕生するまでの過程も含めて見てみることにしよう。 20世紀前半　量子力学がほぼ完成する 　量子力学は現在まででもっとも成功した理論といえるが、その内容は私たちの日常感覚からは大きくかけ離れたものであった。 　量子力学の重要な特徴の一つとして、粒子の状態を観測するまでその状態を知ることはできないという性質がある。これは観測していなから分からないというのではなく、観測されるまでは実際に粒子の状態も決まっていないという意味である。つまり、観測することではじめて粒子の状態が決定するのだ。あらかじめ私たちにわかることは、どの程度の割合で粒子のある状態が観測できるかといった確率だけでしかないのだ。 　また、量子力学にはもう一つ「絡み合い(エンタングルメント)」と呼ばれる重要な特徴がある。これは二つの粒子を一度の操作で同時に発生させると、この双子の粒子は不思議な運命を共有するということである。この二つの粒子は途中で観測を受けるなど邪魔が入らない限り、いつまでも一つ波動関数で表すことができる。そこで二つのうち一方の粒子を観測して、粒子の状態が決定したとしよう。すると、二つの粒子は一つの波動関数で表されるのだから、一方の粒子の状態が決定してしまえば、瞬時にして他方の粒子の状態も決定するはずである。具体的な物理系で考えてみると次のようになる。光子の場合では、一方の光子の偏光が「垂直」と決まれば、他方は「水平」と決まる。電子の場合では、一方の電子のスピンが「プラス」と決まれば、他方は「マイナス」と決まる。 1935年　双子のパラドックス 　上で述べた「絡み合い」の性質は二つの粒子の距離に関係なく起こるとされている。ということは、同時に発生させた二つの粒子を反対方向に進むようにしむけておき、互いに一万光年離れたところで一方の粒子を観測した場合はどうだろうか？やはりこの場合でも、一方の粒子の状態が決定すればもう一方の粒子の状態は瞬時に決定する。 　しかし、少し考えるとこれは奇妙なことかもしれない。一方の粒子の状態が決定したとき、遠く離れたもう一方の粒子はどうやってその事実を知ったのだろう？二つの粒子の間にはなにか「連絡手段」のようなものがあるのだろうか？だとすると、その「連絡手段」は超光速ということになってしまう。これではアインシュタインの相対性理論と食い違ってしまう。 　1935年に初めてこのことを指摘したのはアインシュタイン、ポドロスキー、ローゼンの三人で、三人の頭文字をとって「EPRパラドックス」と呼ばれている。そしてアインシュタインらは、量子的な絡み合いの背後に「隠れた変数」が存在していると提案した。 　これに対し、量子力学の確立に貢献したボーアは、二つの場所での出来事を分離して考えるのではなく、粒子や実験装置を含めた系全体を一まとめにして考えるべきで、一見すると超光速に見えるこの現象には何の問題もないと主張した。しかし、当時は議論が繰り返されるだけで、これが決着することはなかった。 1982年　実験で示された結果 　この議論について大きな影響を与えたのはベルで、もし隠れた変数が存在していれば、従来の量子力学で予測される結果と食い違うことが出てくるはずであるといった内容の論文を発表した。この後82年に、この論文に刺激を受けたアスぺが実験を行い、量子力学の正しさを指示する結果を得た。その後も同様の実験が行われ、ますます量子力学の正しさを指示する方向に進んでいった。 1993年　量子テレポーテーションのアイディア 　93年にIBMのベネットは量子レベルの不確かさを利用して、あたかもテレポーテーションのように量子情報を伝えることができる内容の論文を発表した。一般に、EPRペアだけでは意味のある情報の伝達は難しいと考えられているが、二組のEPRペアを用意し在来の通信手段を併用することで、巧みに情報を伝達する方法を考え出したのだ。これに触発されて、さまざまな量子テレポーテーションを実現するためにアイディアが提案された。 　そしてついにベネットのアイディアを実現する内容の実験が行われた。97年にウィーン工科大学で実証に成功したのに続き、カリフォルニア工科大学などでも成功している。 イントロダクション より安全な暗号を目指して