量子もつれ: この「不気味な遠隔作用」とは一体何なのか?丨Unroll

あらゆる奇妙な量子効果の中で、量子もつれはおそらく最も理解するのが難しいものです。一般的な書籍では、これは「2 つの微小粒子間の特定の関係。2 つの粒子がどれだけ離れていても、一方の粒子の特性が変化すると、もう一方の粒子は即座にその状態を「感知」し、その結果として変化します。ただし、相対性理論に違反するものではありません」と説明されることが多いです。この現象はアインシュタインによって「遠隔作用」と名付けられました。アインシュタインのこの言葉は、量子もつれの最も有名なスローガンにもなりました。量子もつれの探究は、後に EPR パラドックスと呼ばれるようになった、量子力学の完全性に関するアインシュタインと 2 人の共同研究者によって発表された有名な論文に端を発しています。 1964 年、イギリスの物理学者ジョン・スチュワート・ベルはベルの定理とベルの不等式を提唱し、EPR パラドックスを実験的に検証できる問題にしました。量子は非局所的でしょうか?

この記事の元のタイトルは「『遠隔地での不気味な行動』は存在しない」です。これは、アインシュタインが局所性の観点から考えたためであり、量子の非局所性を認めれば、エンタングルメントは本当の「作用」ではない。この直感に反する点は、量子ミクロの世界とマクロの世界の最大の違いを反映しています。数十年にわたり、量子非局所性をテストするために、物理学者はベルの理論に基づいてさまざまな検出の抜け穴を見つけて埋め、量子力学は何度もテストに合格してきました。量子もつれは存在しますが、今日でも量子の「本質」を完全に理解することはできません。

この記事は、「Beyond Weird: Why everhting you thought you know about quantum physics is different」(Guangxi Normal University Press、2022.1) から抜粋することを許可されており、タイトルは編集者によって追加されています。

フィリップ・ボール

翻訳：丁佳奇

「現実」も「波」や「意識」と同様に、人間が作った言葉だということを決して忘れてはなりません。私たちの課題は、これらの単語を正しく、つまり明確に一貫して使用することを学ぶことです。

—ニールス・ボーア

レーザーは量子力学を探求するための最も強力な武器

量子力学の現代的ルネッサンスは、ジョン・ベルが量子もつれに関する実験を提案した 1960 年代に始まったと言えます。しかし、プランクとアインシュタインが量子力学を確立した20世紀初頭と同じように、世界が追いつくのにはしばらく時間がかかりました。

そして、アインシュタインは、より間接的な方法ではあったものの、量子力学のこのルネッサンスに不可欠な貢献を果たしました。 1917年、彼は、エネルギーによって励起された原子から放出される光の量子力学的性質によれば、そのような励起原子の列があれば、すべての光子が雪崩のように一斉に放出され、その波形が完全に同期する可能性があると指摘しました。 1959 年に、この効果は「光増幅誘導放出」と名付けられ、この扱いにくい用語は発音しやすい頭字語「LASER」に短縮されました。 1960 年代初頭、研究者たちはレーザーを実験的に実現する方法を発見し、まずマイクロ波の誘導増幅を実現し、次に可視光を実現しました。レーザーにより、科学者は光子を極めて正確に制御することができ、量子思考実験を現実のものにするための中核的な装置となります。それは、単純な思考を超えて、量子力学の基本原理を実際に探求し始めるのに何よりも役立っています。

1970 年代までに、科学者はレーザーを使用して量子もつれに関するベルテストを実行できるようになりました。この実験は非常に難しく、カリフォルニア大学バークレー校の物理学者ジョン・クラウザーとスチュアート・フリードマンによって初めて試みられました。彼らはレーザーを使用してカルシウム原子を励起し、偏光が相関している一対のエンタングルメント光子の放出を誘発し、前章で説明した「4 状態」セットアップを使用して、2 つの光子の偏光間の EPR 相関を測定しました。

クラウゼンとフリードマンは、もつれ合った光子はベルの定理の隠れた変数理論が許容するよりも相関が高いことを発見した。しかし、その結果は完全には明らかではない。たとえば、統計結果に完全に納得のいく結果をもたらすのに十分な実験を行っていませんでした。 1982 年、フランスのパリ第 1 大学の Alain Aspect と彼の協力者は、より決定論的な実験を行い、エンタングルメントは量子力学とは一致するが、隠れた変数理論とは一致しないことを証明しました。彼らはまた、レーザーと光ファイバー技術を使用して、エンタングルメント光子を生成および操作しました。

前述したように、ベルテストでは、異なる測定角度での粒子間の相関関係をリストする必要があります。アスペ氏とその同僚は、ベル氏の議論の抜け穴をうまく塞いだ。光子の偏光を測定するフィルターは（何らかの未知のメカニズムにより）互いに相互作用し、それによって測定された量子相関を人工的に高める可能性があるのだ。フランスのチームは、光子が発生源からフィルターに到達するまでにかかる時間よりも短い間隔で、フィルターの方向を非常に速く変えることができたため、別のフィルターが 1 つのフィルターに影響を与え、そのような短い時間で方向設定を調整することは不可能でした。

量子力学は確かに正しいようです。しかし、この文脈におけるエンタングルメントとはどういう意味でしょうか? N. デビッド・マーミン氏によると、EPR 実験の謎は「単純には説明できない一連の相関関係が提示される」ことだという。量子力学が私たちに提供できるのは結果の指標だけですが、それで十分なのでしょうか?

幽霊も距離もない

まず、私たちはこの「パラドックス」に直面しなければなりません。粒子の特性は測定されるまで不確かであるならば、EPR 実験では 2 つの粒子間で瞬間的な通信が実際に発生するようです。観測されていない粒子は、他の粒子の測定によってどのような分極、つまりスピンが生成されたかを即座に「認識」し、自身の粒子とは反対の方向を取ったようです。しかし、アインシュタインの想像とは反対に、これは実際の「作用」でも「幽霊のようなもの」でもなく、プロセス全体も「距離」とは何の関係もなく、当然特殊相対性理論に違反するものではありません。

相対性理論によれば、ある場所で起こる出来事は、光速よりも速く別の場所で起こる出来事に「因果的な」影響を及ぼすことはできないとされています。いわゆる「原因と結果」とは、アリスの行動がボブが見る現象を決定することを意味します。この方法でのみ、アリスはボブと、観察間の相関関係を利用して通信することができます。

ここで、2 つの粒子のスピンが相関している、デビッド・ボームの EPR 実験バージョンを考えてみましょう。アリスは観測方向（つまり、シュテルン・ゲルラッハスピン測定における 2 つの磁石の相対角度）を選択し、アリスの測定値はボブの測定値と相関します。しかし、これを推測できるのは、互いの測定値を比較した後だけです。結果を比較するには、古典的な手段を使用して情報を交換する必要があり、古典的な手段では光速を超えることはできません。ボブが光速よりも速くアリスの測定結果を知ることは不可能です。

したがって、アリスとボブがそれぞれ一瞬何かを推測することは可能だと思われるかもしれませんが（これを「遠隔地での不気味な行動」と呼ぶかもしれません）、この不気味な接続を使用して光速よりも速く情報を送信することはできません。アリスとボブの粒子は反相関している（つまり、反対方向にある）と仮定し、アリスはこの関係を利用して、自分の磁石の方向を変えることでボブに情報を瞬時に送信しようとします。ボブがスピンアップを測定した場合、それがアリスの粒子がスピンダウンして磁石がボブと同じ方向を向いているからなのか、アリスの粒子がスピンアップして磁石がボブと反対方向を向いているからなのか、あるいはアリスの磁石がボブの磁石に対して直角を向いていて、そのためそれらの粒子に相関がないからなのかはわかりません。ボブのその後の測定結果はすべて上または下として返されますが、アリスの磁石については何も推測できません。

待ってください、これはまだ、アリスの選択によってボブの測定結果の原因となっているが、ボブはアリスが伝えた情報を理解できないということではないでしょうか?そうではありません。アリスはボブの粒子を上向きに回転させる「原因」にはまったくなっていません。なぜならアリスは自分の粒子のスピンさえ固定できなかったからです。ランダムに上がったり下がったりする場合があります。アリスはボブが観察しているものを判断できません。「遠隔作用」は存在せず、特殊相対性理論はそのまま残ります。

しかし、結果を比較してみると、やはり何らかの相関関係が浮かび上がってきた。このつながりはどこから来るのでしょうか?マーミンが言うように、「説明のしようがない」、あるいは、言葉では言い表せない「量子性」から来ていると言えるでしょう。

上記の議論は科学的には正しいのですが、私たちが精神的に相対性理論に違反し、それを否定するために一連の論理的議論をでっち上げただけだと感じざるを得ません。たとえ相対性理論が（わずかな差で）そのままだったとしても、量子もつれには不思議な何かがあるだろう。なぜなら、量子もつれは「ここ」と「あそこ」についての私たちの先入観をひっくり返し、時間と空間を混乱させるからだ。

非局所性におけるさまざまな脆弱性のテスト

科学者たちが、EPR「パラドックス」に関するアインシュタインの推論のどこが間違っていたのかを解明するのに何年もかかりました。問題は、量子力学における一見常識的なことにも、その背後に問題が潜んでいることが多いことです。

アインシュタインと彼の同僚は、非常に自明な「局所性仮定」を立てました。つまり、粒子の特性はその粒子上にのみ局所化されており、ここで起こることは空間を伝播して、そこで起こることに影響を与えるというものです。これはあまりにも自明なことなので、仮定であるとはほとんど思えません。

しかし、量子もつれによって覆されるのはまさにこの局所性であり、そのため「遠隔での幽霊のような作用」の観点からそれを見るのは完全に間違いです。 EPR 実験では、粒子 A と粒子 B が空間的に分離されているとしても、これらを 2 つの別個の実体として扱うことはできません。量子力学では、エンタングルメントにより 2 つの粒子が同じ物体の異なる部分になります。言い換えれば、クリケット ボールの赤色がクリケット ボール内に限定されているのと同じように、粒子 A のスピンはここ A にのみ局在しているわけではありません。量子力学では、特性は非局所的になる可能性があり、アインシュタインの局所性の仮定を受け入れる場合にのみ、粒子 A の測定結果が粒子 B に「影響する」と言う必要があります。量子非局所性の全体的な考え方はこれとは異なります。

実際、ここで議論しているのは別の量子重ね合わせ状態です。前述したように、重ね合わせとは、量子物体の測定によって 2 つ以上の結果が生成される可能性があるが、測定前にはどの結果になるかはわからず、それぞれの結果が発生する相対的な確率のみがわかる状況を指します。エンタングルメントは同じ考え方ですが、2 つ以上の粒子に適用されます。粒子 A はスピンアップし、粒子 B はスピンダウンします。構成は正反対で、2 つの状態が重ね合わされます。 2 つの粒子は互いに離れていますが、それでも同じ波動関数によって記述される必要があります。この波動関数を 2 つの独立した粒子波動関数の組み合わせに分解することはできません。

量子力学では、この考えを瞬きもせずに簡単に受け入れることができます。数式を書き出すだけです。問題は、その意味を視覚的にどのように説明するかです。

量子非局所性は非常に直感に反するため、それを証明するために科学者は多大な努力を要しました。私たちが何か他のものを見落としていて、非局所性という幻想を生み出している可能性はあるでしょうか?

そうした抜け穴の一つをテストするために、アスペ氏は実験を行ったが、それは現在も継続中の一連の研究の始まりに過ぎなかった。アスペ氏と共同研究者は、検出器同士が非常に高速で相互作用しているが、光速ではないという可能性を検討し、その可能性を否定した。この可能性は現在「局所性ループホール」または「通信ループホール」として知られている。では、どのような影響がこの効果をもたらすのかと疑問に思うかもしれません。知るか？結局のところ、量子の世界は驚きに満ちています。試してみなければ、不可能だとは言えません。

今日、私たちはアスペよりもさらに高い確信を持ってこれを否定することができます。 2 つの検出器 (光子の偏光を測定するフィルターを含む) 間の距離を広げて、実験全体が完了するまで、光速よりも遅い速度で相互に通信できないようにすることができます。 1998年、オーストリアのインスブルック大学の研究者らは、2つの検出器間の距離を400メートルに増やし、通信が測定地点を通過する前に測定を完了するのに十分な時間を高度な光学技術によって確保しました。実験結果は変化しなかったことがわかった。

もう 1 つは、「自由選択」の抜け穴です。つまり、粒子がエンタングルメント状態に入った後、粒子自体が特定のローカル プロパティで「エンコード」され、このプロパティが測定中の検出器の設定に影響を与える可能性があるのでしょうか。この可能性は 2010 年の実験によって排除されました (これにより、地域性の抜け穴も排除されました)。実験では、検出器が互いに離れているだけでなく、光源からも離れていることも確認されました。光源と検出器の 1 つは、カナリア諸島の 2 つの島に配置されていました。これらの実験では、エンタングルメントなどの量子効果のもう 1 つの特徴も実証されました。それは、量子効果が巨視的に大きな距離にわたって持続できるということです。これが、量子力学が「非常に小さな物体」だけに関するものだと言うのが不正確である理由の 1 つです。量子力学は、あなたがどこにいても、私たち全員に当てはまります。

「公正なサンプリングの抜け穴」または「検出の抜け穴」と呼ばれる抜け穴もあります。これは、粒子の局所的な特性によって検出器の検出が偏り、サンプリングが真にランダムではなくなる可能性を指します。どのようなベル実験でも検出は不完全であり、粒子のほんの一部しか測定されません。信頼できる結果を得るには、測定対象の粒子が実際に全体の集団を代表している必要があります。検出の抜け穴をなくすには、粒子の全体像を観察したと自信を持って言えるほどの非常に高い検出効率が必要です。

実際、粒子の検出が十分に効率的でなかったために現在の実験結果が量子力学の予測と完全に一致していたとしたら、非常に不運なことであり、検出方法が改善されれば予測から外れた結果が見られることになるでしょう。

しかし、また、誰が知っているでしょうか?そこで2013年、ウィーン大学のアントン・ツァイリンガー氏が研究チームを率いて実験を実施しました。彼らはより効率的な方法を使用して粒子（光子）を検出し、その 75% を捕捉しました。上記のような EPR 実験の場合、この効率はベルの不等式が 100% 破られたと確信するにはまだ不十分ですが、ツァイリンガー氏とその同僚は、測定されていない粒子の可能性のある影響を巧みに組み込んだベルの定理の変形を使用しました。したがって、測定効率が 67% より高ければ、量子力学が正しいことを証明するのに十分です。したがって、Zeilinger らによって行われた実験では、検出の抜け穴を排除する能力があり、実際にそうしました。

他に抜け穴はありますか？他のもっともらしい抜け穴を思いつくのはますます難しくなってきていますが、もし異なる実験で異なる抜け穴が機能したらどうなるでしょうか?これは本当に最後の一撃だ。もう一度、確認してみる必要があります。今、私たちの目標は、同時にいくつかの異なる穴を塞ぐことです。 2015年、オランダのデルフト工科大学のロナルド・ハンソン氏が率いるチームは、通信と検出の両方の脆弱性を排除する見事な実験を行った。この実験では光子の代わりにエンタングルされた電子が使用された。電子は光子よりも検出が容易であり、検出の抜け穴を回避できるためである。この実験では、電子のエンタングルメントと光子のエンタングルメントが結び付けられ、光子は光ファイバーに沿って長距離（実験では1.3キロメートル）伝送できるようになり、通信の抜け穴が塞がれた。オーストリアとコロラド州ボルダーのチームも、両方の抜け穴を同時に塞ぐ実験を行った。

当然のことながら、オランダチームの実験結果は「アインシュタインは間違っていた、遠隔での不気味な作用は現実である」といった見出しで広く報道された。しかし、今ではそれがそれほど単純ではないことが分かっています。

時空とエンタングルメント

一部の科学者は、量子もつれは空間を越えた相互依存性を反映しており、空間と時間の構造をつなぎ合わせて「時空」ネットワークを形成し、「時空」のある部分と別の部分との関係について語ることができると提唱しているが、この考えはまだ非常に推測的な理論的な段階にある。時空は、アインシュタインの一般相対性理論によって説明される 4 次元構造であり、特定の形状を持っていると言われています。重力を定義するのは時空の形状です。質量は時空を曲げ、曲がった時空によって引き起こされる物体の運動によって重力が現れます。言い換えれば、エンタングルメントは、量子力学と一般相対性理論によって支えられた重力理論をいかに調和させることができるかという長年の謎を解く鍵となるかもしれない。

量子宇宙の特定の単純なモデルでは、重力によく似た現象が、量子もつれだけに基づいて自発的に発生することがあります。物理学者フアン・マルティン・マルダセナは、2次元のみで重力のない量子もつれ宇宙のモデルが、一般相対性理論に従って重力を記述するために必要な時空構造で満たされた3次元の「空の」宇宙と同じ物理現象をシミュレートできることを示した。この説明はわかりにくいですが、2次元モデルでエンタングルメントを取り除くことは、3次元モデルで時空を解放することと同じだと言うことに相当します。あるいは、三次元宇宙の時空と重力は、量子もつれをその二次元境界面に投影したもののようなものだと言えます。エンタングルメントが境界を越えて広がると、時空が破壊され、3次元宇宙は崩壊します。

マルダセナの理論は、私たちの宇宙で何が起きているかを説明するには単純すぎるため、まだ予備的な段階に過ぎません。しかし、多くの研究者は、エンタングルメントと時空とのこの深いつながりが、量子力学と一般相対性理論の関係について何かを明らかにする、つまり、量子理論と一般相対性理論を一致させたい場合、時空に対する見方をどのように変える必要があるかを明らかにすると推測しています。デビッド・ボームは数十年前にこれを予見し、量子論は私たちが空間と時間と呼ぶものに関連した、より豊かなある種の秩序を意味すると提唱した。現在、一部の研究者は、時空は実際には量子もつれによって形成された相互接続で構成されている可能性があると考えています。もっと複雑だと考える人もいます。

これらのアイデアがどのように発展するかにかかわらず、量子重力理論は単に巧妙な数学的導出から生まれるものではなく、量子力学と一般相対性理論に対する新たな見方が必要であるという点で、物理学者の間では合意が広まりつつある。時空は、あるものが別のものにどのように影響するかを説明し、それらの相互作用の限界を表現するために私たちが作り出す構造にすぎません。それは因果関係の出現特性です。そして今、量子力学は因果関係についての私たちの先入観を修正することを強いることがわかりました。非局所性、エンタングルメント、重ね合わせにより、空間的な分離に関係なくオブジェクトが相互に接続できるようになるだけでなく、時間に関連する奇妙な現象も生じます。たとえば、時間における「逆因果関係」の錯覚 (あるいはそれ以上のこと?) を生み出したり、2 つのイベントの因果順序が重なり合ったり (どちらが先に起こったか不明) したりします。

おそらく、宇宙の因果構造は、量子論や一般相対性理論よりもさらに根本的な概念なのでしょう。このような因果構造が、量子力学をゼロから再構築し、その基本公理の抽象性と数学的性質を軽減しながら、より物理的に意味のあるものにするための優れた出発点となり得る理由については、後で説明します。

「丸い窓からボールを​​見ると、赤かった」

1967年、ベルが量子非局所性の概念を導入したベルの定理を提唱してから3年後、数学者のサイモン・B・コーヘンとエルンスト・スペッカーは、非局所性に関連する量子力学のもう一つの直感に反する側面を発見しました。彼らの研究はベルの定理と同じくらい深遠ですが、最近になってようやく注目を集め始めました (ベルは実際にはコーエンやスペッケルと同じ理解に達しており、1966 年に証明を定式化しましたが、後で公開しました)。

コーエンとスペッケルは、量子測定の結果は、それが行われる状況によって異なる可能性があることを指摘しています。これは、「基本的に同じシステムでの異なるタイプの実験（「パス検出器」の有無にかかわらず同じ二重スリット実験など）では、異なる結果が得られる」とは微妙に異なります。つまり、異なる窓を通して量子物体を観察すると、異なるものが見えるということです。

瓶の中の白いボールと黒いボールの数を数えたい場合、白いボールを先に数えても黒いボールを先に数えても、5 列ずつ数えても、2 つの色を 2 つの山に分けて重さを量っても、常に同じ答えが得られます。しかし、量子力学では、同じ質問（「白いボールと黒いボールはそれぞれいくつあるか」）をしたとしても、得られる答えは測定方法によって異なる場合があります。

先ほど、異なる順序で測定すると（最初にこの項目を測定するか、その項目を最初に測定するか）、結果が異なることを説明しました。これは、波動関数から観測可能な特性の値を抽出するには、波動関数に対して数学的な演算を実行する必要があり、異なる測定順序で演算が可換ではないためです。

コーエン・スペッケルの定理は、環境へのこの依存の結果を決定します。事実上、測定しないことを選択した特性が、測定する特性に影響を与えるというのも当然の帰結です。探究するのは、量子システムを観察するために選択した窓の外で何が起こるかということです。

この定理に関して、スペッケルは物語を語ります。アッシリアの預言者は、自分の若い娘が、ふさわしくないと考える求婚者と結婚することを望まなかったため、求婚者たちに挑戦状をたたきつけた。彼は求婚者の前に3つの密封された箱を並べたが、それぞれの箱には宝石が入っているかもしれないし、入っていないかもしれない。これら 3 つの箱に宝石が入っているかどうかをどのように予測したとしても、少なくとも 2 つの箱は同じ状態になります。つまり、両方とも空であるか、両方とも宝石で満たされているかのどちらかです (読者は、しばらく考えれば、これが事実に違いないことを理解するでしょう)。預言者は求婚者に、同じ状態にあると思われる二つの箱を開けるように頼みました。もし彼の言うことが正しければ、求婚者は預言者の娘と結婚できるだろう。しかし、これらの求婚者は決して正しく推測しないでしょう!彼らが開けた二つの箱のうち、一つは常に空で、もう一つには宝石が入っていました。これはどうすればできるのでしょうか?たとえそれが単なる確率に基づいたものであったとしても、いつかは誰かが正しく推測する保証はあるでしょう？

ついに、預言者の娘は結婚を待ちきれなくなり、預言者の息子であるハンサムな若者の質問に答えるプロセスに介入しました。しかし、預言者の息子が予言したのと同じ状態だった 2 つの箱を開ける代わりに、彼女は、彼が宝石が入っていると推測した箱と、空だと推測した箱の 1 つを開けました。そして、両方の推測が正しかったのです。預言者は弱々しく抗議したが、最終的には求婚者が2回正しく推測したことを認め、娘を彼と結婚させた。

以前の求婚者たちが正しく推測できなかった理由は、これらの箱が量子箱であり、預言者がそれらを互いに絡み合わせて相関させ、そのため 2 つの箱のうちの 1 つを開くと、その中には宝石が入っていて、もう 1 つは空であり、その逆も同様であるからです。このように、預言者が設定した課題を完了し、正しく推測したことを証明することは誰にも不可能になります。娘がしたのは、同じシステムで別の一連の測定を行い、挑戦者の推測が正しいことを明らかにすることだった。これは量子的な「背景依存性」（または「文脈性」）の現れです。

ベルの定理と同様に、コーエン・スペッケルの定理は、実験結果が量子力学の予測と正確に同じになるためには、隠れた変数（測定されるかどうかに関係なく、量子オブジェクトの特性を最初から固定する仮説上の隠れた要因）がどのようになっている必要があるかを列挙します。前述したように、潜在変数はローカルです。つまり、マクロなオブジェクトのプロパティと同様に、単一のオブジェクトに具体的に適用されます。ベルの定理は、そのような局所的な隠れた変数が実験結果を説明できるかどうかを評価するための理論的なツールを提供しますが、実際には説明できません。

コーエンとスペッケルは隠れた変数に関してさらに深刻な問題を提起しています。彼らの定理は、研究対象のシステムにのみ関連する隠れた変数を使用して、量子力学と同じ予測（2 つの粒子の特性の相関など）を生成することはできないことを示しています。システムに隠れた変数を導入すると、システムの研究に使用される機器内の隠れた変数も考慮する必要があります。言い換えれば、「このシステムにはこれこれの特性がある」と言うことはできず、特定の実験コンテキストにおいてこれらの特性があると言うことしかできません。背景を変更すると、すべての潜在変数の説明が変更されます。

したがって、隠れた変数を使用して、粒子について「何が現実であるか」を常に説明できるわけではありません。ミクロの世界では、マクロの世界のように「ボールは赤い」と言うことはできません。 「丸い窓からボールを​​見ると、赤い」としか言えません。これらの条件下では、それは「本当に」赤いです（ただし、何かが「本当に」赤いと言うのは、その程度です）。しかし、四角い窓から見ると緑色であると言うことも同様に「真実」です。わかりました。でも、ボールは実際は何色ですか？コーエン氏とスペッカー氏は、これ以上進むことはできないと主張している。言い換えれば、量子物体について私たちが思いつくすべての「はい」か「いいえ」の記述（赤い、時速 10 マイルで移動する、1 秒に 1 回回転する、など）は、すべて同時に明確な「はい」または「いいえ」の答えを持つことはできません。すべての側面を一度に理解することはできません。なぜなら、それらは同時に存在しないからです。

理解しがたい理由により、量子背景依存性の実験的研究は、量子非局所性の実験的研究よりも 20 ～ 30 年遅れて行われました。コーエン・スペッケル定理を明確に確認する最初の実験は 2011 年まで登場しませんでした。

量子非局所性と背景依存性の間には何らかの関連があるのではないかと長い間疑われてきました。シンガポール国立大学のダゴミール・カスリコウスキー氏は、これらは同じものの異なる表現に過ぎず、より適切な用語がまだ見つかっていない、より根本的な「量子の本質」の側面に過ぎないと示唆している。それが何と呼ばれようとも、この本質は量子世界のあらゆる「局所的現実」の記述を否定します。いわゆる局所的実数記述とは、物体自体が本質的に、明確かつ明確に定義された本質的な特性を備えていると信じることです。量子の世界では、古典の世界ではよく言われているように、「ここにあるものはこれと似ていて、他のものとは何の関係もありません」と言うことはできません。

カシュリコウスキー氏とその同僚は、非局所性と背景依存性は実際には相互に排他的であることを示しました。つまり、システムは非局所性または背景依存性のいずれかを示すことはできますが、両方を同時に示すことはできません。つまり、「量子性」により、システムはベル型実験において隠れた変数によって与えられる相関度を超える相関度を示すことができる、あるいは、システムは測定背景に対して隠れた変数によって与えられる依存性を超える依存性を示すことができる。しかし、両方を同時に行うことはできません。カシュリコウスキー氏とその同僚はこの現象を「行動一夫一婦制」と呼んでいる。

では、量子オブジェクトが 2 つの直感に反する動作を選択する原因となる「量子の本質」とは何でしょうか?分かりません。しかし、その質問をするだけでも量子力学を理解するための一歩前進です。問題を適切に表現する方法を見つけることは、常に科学の重要な部分です。

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