または、単純化するために、カップの下に隠された二つの”もつれ”四半期を考えてみましょう。 二人、ボブとアリスがそれぞれ別の部屋にそれらの四分の一を取るためにあった場合、一人がカップを持ち上げ、彼または彼女の四分の一を観察するまで、四分の一は頭と尾の両方のままであり、その時点で、それはランダムに頭または尾のいずれかになるでしょう。 アリスが最初に彼女のカップを持ち上げ、彼女の四分の一が尾であった場合、ボブが彼の四分の一を観察したとき、それはまた尾であろう。, あなたが実験を繰り返し、コインがもう一度覆われている場合、彼らは重ね合わせの状態に戻ってしまいます。 アリスト上の彼女のカップもが彼女の四半期としてヘッドです。 ボブはまた頭部として彼の四分の一を見つける。 第一四半期が頭または尾であることが判明したかどうかは完全にランダムです。
同様に、研究者が二つの光子を絡み合わせ、慎重に制御された条件下でそれぞれを異なる方向に送ると、それらは水平および垂直偏光の両方の重ね合わせ状態になり続けます。, 光子の一つが測定されたときにのみ、両方がランダムに二つの可能な偏光状態の一つだけを採用します。
“量子相関は通常の相関とは大きく異なります”とPreskill氏は言います。 “そして、ランダム性が鍵です。 この不気味な固有の乱数の発生源は、実際に何気アインシュタイン. しかし、それは量子の世界がどのように機能するかに不可欠です。”
“科学者は、これらの粒子の間で何が起こっているのかを説明するために相関という言葉をよく使います”と、カリフォルニア工科大学の応用物理学および物理学のJohn G Braun教授であるOskar Painterが付け加えます。, “しかし、実際には、絡み合いは完璧な言葉です。”
N番目の程度に絡み合い
二つの絡み合った粒子間の関係を解くことは困難かもしれませんが、本当の課題は、粒子の何百もの、そうでない場合は、同様に相互接続することができますどのように理解することです。
Caltechの物理学助教授であるManuel Endresによると、多体もつれを理解するための最初のステップの一つは、研究室でそれを作成して制御することです。, これを行うために、Endresと彼のチームは、ブルートフォースのアプローチを使用しています：彼らは100つのもつれた原子のシステムを作成することを目標に
“これは基本的に非常に難しいです”とEndres氏は言います。 実際、彼は、はるかに小さな規模でさえ難しいと指摘しています。 “たとえば、20個のもつれた粒子を生成するシステムを作成し、10個の一方向と10個の別の方法を送信すると、最初の10個の粒子のそれぞれが他の10個のセットのそれぞれと絡み合っているかどうかを測定する必要があります。, 相関を見るにはさまざまな方法があります。”
これらの相関を記述する作業は困難ですが、古典的なコンピュータビットを持つ100個の絡み合った原子のシステムを記述することは想像を絶するほど難しいでしょう。 例えば、300個もつれた粒子の間のすべての量子相関の完全な古典的な記述は、可視宇宙の原子の数よりも多くのビットを必要とするでしょう。 “でも、それが全体のポイントを理由にしておくこと”Endresは言う。, “物事はとても絡み合っているので、情報を記述するために膨大な量のスペースが必要です。 それは複雑な獣ですが、それは便利です。”
“一般的に、システムを記述するために必要なパラメータの数は指数関数的にスケールアップします”とVidick氏は言います。 “それはあなたのラップトップのメモリ内のこれらのシステムを表現することさえできないので、予測やシミュレーションを行うのが難しい理由です。,”
この問題を解決するために、Vidickと彼のグループは、現在存在するモデルよりも単純で簡潔な絡み合った材料の計算表現を考え出すことに取
“量子力学と量子コンピューティングの背後にあるアイデアは、私たちが箱の外で考えることを余儀なくされています”と彼は言います。
壊れやすい生態系
量子システムを作成し、制御するもう一つの要因は、その繊細な性質に関係しています。, ミモザpudica、エンドウ豆の家族のメンバーとしても知られている”敏感な植物”のように、その葉が触れられたときに垂れ下がり、環境がわずかでも変化すると、もつれた状態は簡単に消えたり、崩壊したりすることがあります。 例えば、量子状態を観察する行為はそれを破壊する。 “あなたも、あなたの実験を見て、またはそれに呼吸したくない、”ジョーク画家。 Preskillは”ライトをつけてはいけないし、部屋に歩くことを敢えてしてはいけない。,”
問題は、絡み合った粒子がマイクロ秒以上ですぐに周囲の環境に絡み合うことです。 これは、研究者が研究または使用しようとする可能性のある元の絡み合った状態を破壊します。 実験を通して飛んでいる浮遊光子でさえ、全部を無駄にすることができます。
“あなたはあなたの装置ではなく、自分自身とのみ絡み合うシステムを作ることができる必要があります”とEndresは言います。 “私たちは、粒子が制御された方法でお互いに話をしたいです。, しかし、我々は彼らが外の世界で何と話をしたくありません。”
量子コンピューティングの分野では、この脆弱性は計算エラーにつながる可能性があるため問題があります。 量子コンピュータは、暗号、化学、金融モデリングなど、古典的なコンピュータでは解決できない問題を解決するという約束を保持しています。 古典的なコンピュータが情報を運ぶためにバイナリビット（”1″または”0″のいずれか）を使用する場合、量子コンピュータは”1″と”0″の状態で同時に存在する”量子ビット”を使用する。, プレスキルが説明するように、この混合状態、または重ね合わせの量子ビットは、1935年にErwin Schrödingerによって提案された有名な思考実験への参照であり、箱の中の猫は箱が開かれるまで死んで生きており、猫はどちらか一方であることが観察される。 さらに、これらの量子ビットはすべて絡み合っています。 量子ビットが何らかの形で互いに離れてしまうと、量子コンピュータはその計算を実行できなくなります。,
これらの問題に対処するために、PreskillとAlexei Kitaev（CaltechのRonaldとMaxine Linde理論物理学と数学の教授で、2012年基礎物理学の画期的な賞を受賞）は、Caltechの他の理論家とともに、個々のビットのどれも答えを持たないように、グローバルなもつれ状態の中で量子情報を隠す概念を考案しました。 このアプローチは、異なる都市に住む何百人もの人々にコードを配布するのに似ています。, 誰もコード全体を持っていないので、コードは発見に対してはるかに脆弱ではありません。