量子テレポーテーションについて教えてください

質問

初めまして、

量子テレポーテーションについて幾つか疑問があるのでお教え下さい。

量子テレポーテーションについての私の解釈は、同時に２個の量子を生成し、量子もつれの状態にある一方の量子を遠くに移動させても観測して状態が確定された時点でもう片方の量子も一瞬で状態が確定する。この関係には距離は影響しない。この様に解釈しておりますが正しいでしょうか？。
この解釈で幾つか疑問が出てきましたのでご指導お願いいたします。

1、量子２個ＡＢを生成して量子Ｂを遠くに移動させても量子Ａが確定された時点で量子Ｂも瞬時に確定される。とありますが量子自体の移動は光速を超えて移動出来ないので結果的には光速を超えた事としても良いのでしょうか？（情報は確かに瞬時に伝わっているのだと思いますが）。

2、量子テレポーテーションを利用してはるか遠くと通信する際に、通信先にあらかじめ量子もつれ状態の量子Ｂを送っておかなければ出来ないと思います。量子テレポーテーションを利用して通信する際は送っておいた量子を使い切ってしまったら通信は出来なくなるのでしょうか？、それとも離れた場所に量子もつれ状態にある量子を生成できるのでしょうか？。（量子は小さいので大量に送れると思いますけど）

宜しくお願いいたします。

回答No.4

noname#175206 · ベストアンサー

お礼、ありがとうございます。
　スピンの確定が量子テレポーテーションでないことは、他の回答者様のご指摘にある通りです。
　だが、スピンの確定で通信を行えないかという疑問であると判断いたしますので、このまま続けます。
　確かに対になった量子のスピンの確定は瞬時であり、光速度の上限を超えます。もちろん、量子が飛び離れる速度は光速度を超えませんが、まあ発明時より過去には戻れないタイムマシンみたいなもので（実際に考案されています）、とにかく設定が済めば光速度を超える速度で通信ができるか否かが問題かと思われます。
　結論を繰り返しますと、できないのです。確かに一方を観測すれば他方も確定します。「スピンが確定したら***だよ」と約束しておけば通信が成立しそうです。が、その確定を知るためには観測しなければならないのです。自分が観測したから状態が確定したのか、観測前から確定していたのかは、すぐには知る由もありません。それは通常の手段で観測時刻を連絡しなければ分からないのです。だからできません。

お礼

ご回答有難う御座います。

＞観測前から確定していたのかは、すぐには知る由もありません。それは通常の手段で観測時刻を連絡しなければ分からないのです。

通常の通信方法（光速以下ですね）にて確認、連絡しなければならないのであれば超高速通信は不可能ですね。
量子テレポーテーション単独での通信は出来ないので超高速通信は不可能なのが良く解りました。

この度は誠に有難う御座いました。

回答No.3

ieee13944

＞同時に２個の量子を生成し、量子もつれの状態にある一方の量子を遠くに移動させても観測して状態が確定された時点でもう片方の量子も一瞬で状態が確定する。この関係には距離は影響しない。

これはEPRパラドクスの話です(こちらに関しては、質問者様の解釈は正しいです)。しかし、これは量子テレポーテーションではありません。

少し勘違いされているようにお見受けしますが、量子テレポーテーションは「超光速で情報通信するための手段」ではありません。また、決してSF的な机上の空論ではなく、実験的な実証がなされているものです。

量子テレポーテーションとは、「任意の量子状態を遠隔地に送るプロトコル」です。「任意の量子状態」を量子もつれの状態の片割れと相互作用させることで、もう一方の量子もつれの状態に「任意の量子状態」の情報を乗せるというイメージです。参考URLの図が(用語等は難しいかも知れませんが)わかりやすいかと思います。
このプロトコルの途中で古典通信(電話やインターネットなど、量子状態を使わない通信のこと)によるやりとりを行う必要があるため、「任意の量子状態」を送る速度が光速を超えることはありません。

量子テレポーテーションがどのようなものか、本格的に勉強したければ、量子力学の基礎を学んだ上で、
・「量子コンピュータと量子通信」(ニールセン、チャン著)
・「量子光学と量子情報科学」(古澤明 著)
などの書籍を読むことをお勧めします。ネット上の情報や入門書はだいぶ与太話が混じっているので気をつけてください。(私の回答も半分与太話のつもりで聞いていただいて、専門書で勉強するのが一番です)

参考URL：

http://www.nucleng.kyoto-u.ac.jp/groups/gr4/gr4-1/qtelpo.html

お礼

ご返事有難う御座います。

プロトコル上に古典通信(光速以下の通信方法)で受け側が確認しないとだめなのであれば通信手段としの超高速通信は成り立ちませんね。

＞ネット上の情報や入門書はだいぶ与太話が混じっているので気をつけてください。

ご忠告有難う御座います。入門書はなどは話をかなりはしょって書いている様なのでもう少し専門的な本で勉強してみたいと思います。
有難う御座いました。

回答No.2

noname#221368

最初に素人考えである事は、お断りしておきます。

　量子テレポーションというよりも、EPR効果の話のように思いました。EPR効果を利用した情報伝達は、一瞬（一瞬ですが）できるような気もます。
　例えば、100万後年離れたアンドロメダ星人に、1秒おきに対生成させた電子を、光速で送りつけるとします。電子のスピンを適当な順序で確定できれば、これはモールス信号として利用できます。ただ問題が二つあります。
　アンドロメダ星人が情報を受け取るには、電子がそこまでとどかなければなりません。それには100万年かかります。とすれば、EPR相関がいくら距離と無関係で、超光速であったとしても、これではとても超光速通信とは言えません。
　もう一つは、果たして「電子のスピンを適当な順序で確定できるか？」という問題です。シュテルン・ゲルラハ実験を思い出して下さい。そこでは50％の確率で電子のスピンを制御できるだけで、モールス信号として使えるくらいに制御できてはいません。

　上記2つは、どこかでつながるのかも知れないと、漠然と思いますが、たぶんこの辺りの物理的意味がまだ良くわかっていないので、通信と言わずに相関と呼んでいる気がします。
　強引な例をあげれば、相対性原理は、ゲージ原理という物理的意味を導きましたが、EPR相関に、このような物理的意味はまだ付与されていないと思います。

補足

アドバイス有難う御座います。

結論からしますと、通信できないのですね。
電子のスピンをコントロールした時点で相関が破壊して量子Ａの状態と量子Ｂの状態は無関係になり理論的にも無理との事ですね。
やはり量子テレポーテーションの理論自体がＳＦ的な物なのでしょうか？

宜しくお願いします。

回答No.1

noname#175206

対になった2個の量子は、一方の状態（スピン）が観測により確定すれば、距離に関係なくもう一方のスピンも確定します。つまり光速度の上限を超えています。しかし、これを使って通信、すなわち情報を伝達することはできません。

補足

アドバイス有難う御座います。

対になった2個の量子をコントロールした時点で量子Ａと量子Ｂは無関係になります。
そもそも量子の状態が確定されるのは観測された後なので量子状態をコントロールする事は出来ませんね、量子の状態をコントロールした時点で確定されてしまいますから。

そもそも、この理論はＳＦモドキの理論なんでしょうか？
量子コンピュータについて調べている時に量子テレポーテーションの話がでてきなのでご質問させて頂いたのですが、そもそも量子コンピュータと量子テレポーテーションは無関係のように思えてきました。

アドバイス頂けましたら宜しくお願いいたします。