量子もつれとは何か？分かりやすくまとめ

量子もつれ（Quantum Entanglement）は、量子力学における最も不思議で奥深い現象の一つです。

この現象では、複数の粒子が互いに強く結びつき、たとえそれらが物理的に遠く離れていても、一方の粒子に起きた変化が瞬時にもう一方に影響を及ぼすという特性を持ちます。

この結びつきは通常の物理法則では説明できず、「超距離相関」とも呼ばれることがあります。

以下に量子もつれの特徴やその仕組みを詳しく説明します。

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量子もつれの基本的な概念

量子もつれは、以下のような状況で発生します：

たとえば、スピン（量子力学的な回転特性）を持つ2つの粒子AとBがもつれた状態にあるとします。この場合、Aのスピンの状態を観測すると、Bのスピン状態が瞬時に確定します。これが起こるのは、たとえAとBが地球の反対側にあっても同じです。

量子もつれのイメージのため、コインに例えて記載します。

量子もつれでは、この「関係性」が非常に正確であり、通常の確率論では説明できない相関が観測されます。

実験では、もつれた光子ペアがよく用いられます。

たとえば、光子AとBの偏光（光が振動する方向）をもつれた状態で作成すると、Aの偏光を測定することでBの偏光が瞬時に確定します。

量子もつれは、アインシュタインをはじめとする物理学者に多くの疑問を投げかけました。

アインシュタインはこの現象を「遠隔作用（Spooky Action at a Distance）」と呼び、量子力学が不完全である証拠ではないかと考えました。

これに対し、1964年にジョン・ベルが「ベルの不等式」を提唱。これは、古典物理学の枠組みでは説明できない量子もつれの実験結果を検証するための理論的基盤です。その後の数多くの実験で、量子もつれが確かに存在することが証明されました。

量子もつれは、現在の科学技術にも大きな影響を与えています。

その代表的な応用例をいくつか挙げます。

量子もつれを利用した通信技術では、「盗聴不可能な通信」が実現可能です。これを量子暗号通信と呼びます。

量子もつれは量子コンピュータの基本原理の一部です。複数の量子ビット（キュービット）がもつれ状態にあると、従来のコンピュータでは不可能な計算を効率的に行えます。

もつれた粒子を用いることで、従来のセンサーよりも高精度な測定が可能です。例えば、重力波の検出や地震予知に応用されています。

量子もつれは、「現実とは何か」「観測が現実をどのように決定するのか」といった哲学的な問いも投げかけます。従来の因果律や独立性の概念を超えるこの現象は、宇宙の仕組みを理解する鍵として注目されています。

量子もつれは、日常感覚を超えた不思議な現象ですが、量子力学の世界では重要な役割を果たしています。その応用は現在進行形で広がり続けており、私たちの生活や科学技術に革命をもたらす可能性を秘めています。この現象を理解することで、量子力学の深遠な世界への扉を開くことができるでしょう。