Schrödingerの子猫は非常にかわいいことはありませんでしたが、最新のごみも例外ではありません。 超低温原子やシリコンの微視的なストリップの漠然とした雲の画像は、インターネット上でウイルスになる可能性は低いです。 すべて同じ、これらのエキゾチックなオブジェクトは、量子力学が非常に小さい物理学だけではないことを前例のない明快さで示しているので、注意

“Schrödinger’s kittens”は、大まかに言えば、量子力学が最初に記述するために開発された原子スケールと、Erwin Schrödingerがその理論が暗示しているように見えたものの見かけ上の不条理を強調するために有名に呼び出された猫の間の大きさの中間に投げられたオブジェクトです。 これらのシステムは”メソスコピック”であり、おそらくウイルスや細菌の大きさの周りにあり、数千または数十億の原子で構成されているため、直感に反する量子力学的性質が通常現れる典型的なスケールよりもはるかに大きい。 それらは質問を調査するように設計されています:まだそれらの量子特性を維持している間どれだけ大きく得ることができますか。

最新の結果で判断するには、答えは：かなりくそ大きな。 二つの異なるタイプの実験—それらの両方が独立していくつかのグループによって行われた—原子の膨大な数は、我々は間違いなくシステムが特性のセッ 一組の実験では、これは冷たい原子の雲の2つの領域を「絡み合わせる」ことを意味し、それらの特性を相互に依存させ、それらの空間的分離に無頓着に思われるように相関させる。 他のものでは、微視的な振動物体は、振動状態のいわゆる重ね合わせに操縦された。 どちらの結果も、Schrödingerの悪名高い猫が箱の中に隠されている間に、生きている状態と死んでいる状態の重ね合わせにあると言われた方法に緩く類似して

量子力学の規則が古典力学の明らかに全く異なる規則に変わる方法の問題—オブジェクトが明確に定義された特性、位置 大きな古典的なオブジェクトと小さな量子オブジェクトの間にいくつかの基本的な違いはありますか？ いわゆる量子古典遷移のこの難問は、Schrödingerの思考実験によって象徴的な方法で強調されました。貧しい猫は誤解されている獣です。

シュレーディンガーのポイントは、しばしば暗示されるように、量子力学の見かけの不条理は、日常的なスケールまで外挿された場合ではありませんでした。 アインシュタインがデンマークの物理学者ニールス・ボーアらによって提唱された量子力学の解釈を批判した後、猫はシュレーディンガーとアルベルト・アインシュタインの間の対応の産物であった。ボーアは、量子力学は、電子のような量子物体の性質は、それらを測定するまで明確に定義された値を持たないと結論づけるように私たちに強制するよ アインシュタインには、現実のいくつかの要素がそれを存在させるために私たちの意識的な介入に依存することは狂っているようでした。 2人の若い同僚、Boris PodolskyとNathan Rosenと一緒に、彼はその解釈を不可能にするように見えた1935年に思考実験を発表しました。 そのうちの3人（その仕事は現在集合的なラベルEPRによって行われます）は、粒子のうちの1つがある特性のための特定の値を持っているならば、もう1つが他の特定の値を持っていなければならないという意味で、互いに相関しなければならない状態で粒子を作成することができると指摘しました。 スピンと呼ばれる性質を持つ2つの電子の場合、一方のスピンは「上」を指し、他方の電子のスピンは「下」を指すことがあります。”

その場合、アインシュタインと彼の同僚によると、ボーアが正しく、スピンの実際の方向が測定するまで未定であれば、二つのスピンの相関は、粒子がど アインシュタインはこの見かけ上のつながりを”遠くでの不気味な行動”と呼んだ。 アインシュタインの特殊相対性理論は、影響が光よりも速く伝播することができないことを示しているので、”しかし、そのような現象は不可能で

シュレーディンガーは、粒子間のこの相関関係を”もつれ”と呼んだ。「1970年代以降の実験では、それが本当の量子現象であることが示されています。 しかし、これは、量子粒子がアインシュタインの不気味な行動を通して空間を横切って瞬時に互いに影響を与えることを意味するものではありません。 単一の粒子の量子特性は、空間内のある固定された場所で必ずしも決定されるわけではありませんが、”非局所的”である可能性があります。

シュレーディンガーの猫は、EPRの絡み合いの特殊性についての彼の黙想から生まれました。 シュレーディンガーは、ボーアが測定されるまで何も固定されていないという概念が、日常の大きさまでもつれを吹くことを想像した場合、論理的な不条理につ 彼の思考実験は、致命的な毒のバイアルが入った閉じた箱に不運な猫を置き、それを量子粒子または事象と結びつける何らかのメカニズムによって破 トリガーは、それが上向きのスピンを持っている場合ではなく、下向きのスピンを持っている場合、バイアルを壊し、電子から来ることができます。 その後、上向きのスピンと下向きのスピンの両方が測定の可能な結果である、いわゆる状態の重ね合わせで電子を準備することができます。 しかし、測定前にスピンが未定であれば、猫の状態でなければなりません—それが生きているか死んでいるかを意味的に言うことはできません。 そして、それは確かに無意味です。シュレーディンガーのポイントは、単に量子ルールが日常的なスケールで適用されたときに明らかなナンセンスにつながるということではありませんでした。 むしろ、彼は、測定が行われるまで（箱を開けて見ることによって）明確な状態（生きているか死んでいるか）の割り当てを延期することが、奇妙であるだけでなく、論理的に禁止されているように見える含意につながる可能性があることの極端なデモンストレーションを見つけたかったのです。

ボーアにとって、これは無効なシナリオに見えたでしょう—ボックスを開いて猫を見るなどの測定は、常に巨視的で古典的なプ しかし、測定は量子から古典への魔法の変換をどのように保証するのでしょうか？

それについて議論するのではなく、なぜ実験をしないのですか？ 問題は、Schrödingerがそれを原子スケールのイベントに結合することによって猫を”量子”にすることを想像することは非常にうまくいったが、実際にそれをスケールアップすることができるかどうか、あるいは実際には生きているものと死んでいるものの重ね合わせが量子状態の観点から何を意味するのかはまったく明らかではないということです。しかし、現代の技術では、猫ほど大きくはなく、孤立原子よりもはるかに大きい比較的大きな物体の明確に定義された量子重畳を作成し、その特性を これはSchrödingerの子猫を作成するための努力がすべてに約あるものです。

“多くの物理学者は、大規模な驚きを本当に期待していません”とオランダのデルフト工科大学のSimon Gröblacherは述べています。 「しかし、約1023個の原子で量子状態を作り始めるとどうなるかはわかりません」と、これは日常の物体の典型的なスケールです。新しい実験は、Schrödingerが考えたことにもかかわらず、比較的大きな物体は実際に直感に反する量子挙動を示すことができることを示しています。

Gröblacherと彼の同僚は、それぞれ10マイクロメートルの長さと1×0.25マイクロメートルの断面を持つシリコンのマイクロビームを作成しました。 それぞれは赤外線レーザー光線を吸収し、引っ掛けるビームに沿う穴を特色にしました。 研究者らは、これらのビームを、各ビームに1つずつの経路の重ね合わせで送られた光で励起した。 そうすることによって、彼らは二つのビームを単一の量子振動状態に絡ませることができました。 あなたはそれを二つの絡み合った猫の非常に小さな同等と考えることができます。

機械振動子間のもう一つの種類の絡み合いが、フィンランドのアールト大学のMika Sillanpääらによって、Gröblacherのnatureチームとのback-to-back論文で報告された。 それらは超伝導ワイヤを介して二つの微視的なドラムヘッド状の金属板を結合した。 ワイヤーはマイクロウェーブ頻度（毎秒約5十億の振動）で振動する電流を含むことができます;その電磁場は振動板に圧力を出します。 「電磁場は、2つのドラムヘッドをもつれた量子状態に強制する一種の媒体として作用する」とSillanpääは語った。研究者たちは長い間、数十億の原子を含むこのような「大きな」マイクロ機械振動子で重ね合わせや絡み合いなどの量子効果を達成しようとしてきました。

「機械振動子の絡み合った状態は、1970年代後半から理論的に議論されてきましたが、ここ数年でそのような状態を作り出すことは技術的に可能でした」とSillanpää氏は述べています。

これらの実験をそのようなツール-ド-フォースにするのは、一般的に大きな物体を量子規則によって支配されるものから古典物理学に従うものに変換するプロセスを避けるということです。 このプロセスは、ボーアがとても怒って漠然としたままにした測定のパズルの欠けている部分（少なくともそのほとんど）を提供しているようです。それはデコヒーレンスと呼ばれ、むしろきれいに、それはすべて絡み合いに関するものです。

それはデコヒーレンスと呼ばれています。 量子力学によれば、もつれは2つの量子物体間の相互作用の必然的な結果である。 だから、オブジェクト—猫、例えば—状態の重ね合わせで始まり、その重ね合わせ—その量、あなたが言うかもしれない—オブジェクトがその環境と相互作用し、それとますます絡み合うように広がる。 しかし、実際に重ね合わせを観察したい場合は、すべての絡み合った粒子の量子挙動を推測する必要があります。 これは、スイミングプールに分散するインクの塊の中のすべての原子を追跡することが不可能になるのとほぼ同じように、急速に不可能になります。 環境との相互作用のために、元の粒子の量子的性質は漏れて分散します。 それはデコヒーレンスです。量子論者たちは、デコヒーレンスが古典物理学に見られるような振る舞いを引き起こすことを示している。

量子論者たちは、デコヒーレンスが古典物理学 また、デコヒーレンスが進行するにつれて粒子の波状干渉などの特徴的な量子効果が徐々に消失するデコヒーレンスの速度を制御できる実験で実験者が証明している。

デコヒーレンスは、量子古典的遷移の現在の理解の中心です。 干渉、重ね合わせ、もつれ誘起相関などの量子挙動を示す物体の能力は、それがどれほど大きいかとは関係がありません。 代わりに、それはその環境とどのように絡み合っているかに依存します。

それにもかかわらず、サイズは一般的に役割を果たします。 猫のような大きくて暖かく、落ち着きのない物体は、あらゆる種類の量子力学的な重ね合わせにとどまる希望を持たず、多かれ少なかれ即座にデコヒー

あなたは、単にボックスに猫を貼り付け、いくつかの量子イベントの結果にその運命をリンクする場合は、デコヒーレンスは、ほぼ瞬時に一つの状態 あなたが環境とのすべての相互作用を除去することによってデコヒーレンスを抑制することができれば（超冷たい真空中で猫を殺すことなく！）-まあ、それは別の話だと引数が持続します。 それは猫のためにそれを達成する方法を想像することは不可能に近いです。 しかし、それは本質的にGröblacherとSillanpääのチームが彼らの小さな発振器で達成したことです。

上から量子古典的な境界に向かって作業するのではなく、十分に小さいときに振動する物体に量子を想起させることができるかどうかを見て、ボトムアップからそれに来ることができます。 重畳や干渉などの量子効果は個々の原子や小分子でも容易に見られることがわかっているので、原子を増やし続けるにつれてこれらの効果がどこまで持続できるのか疑問に思うかもしれません。 3つのチームがこの問題を探求し、Bose-Einstein凝縮（BEC）と呼ばれる状態でそれらをもつれさせることによって、最大数万個の超低温原子の雲の量子状態を達成しました。

アインシュタインとインドの物理学者Satyendra Nath Boseは、基本粒子の二つの一般的なクラスの一つであるボソン（ボースにちなんで命名された）の間にそのような状態が存在する可能性があると指摘した。 BECでは、すべての粒子は同じ単一の量子状態にあり、実質的には1つの大きな量子オブジェクトのように動作します。 それは量子効果であるため、ボース-アインシュタイン凝縮は非常に低い温度でのみ起こり、BECは1995年にルビジウムの原子が絶対零度よりわずか数億分の一に冷却されたボソン粒子の雲でしか見られなかった。このような超低温原子から作られたBecは、物理学者に量子現象を研究するための新しい媒体を与えました。 過去には、研究者たちは、そのような雲—おそらく数千の原子—は、すべての原子が量子もつれた状態に置くことができることを示してきました。

これらは厳密にはシュレーディンガーの子猫ではない、とドイツのライプニッツ大学ハノーバーのCarsten Klemptは述べています。 それらは一般に、可能な限り異なる状態の重畳として定義されます：例えば、すべてが上向きのスピンを持ち、すべてが下向きのスピンを持つ（”生きている”と”死んでいる”に類似している）。 それは原子のこれらのもつれた雲の場合ではありません。 それにもかかわらず、彼らはまだ比較的巨大な規模で量子挙動を示しています。しかし、それらがEPRスタイルの絡み合いの「子猫スケール」の実施形態であるという考えには、より重要な条件があります。

原子はすべて空間内で一緒にごちゃ混ぜされ、同一で区別できません。 これは、それらが絡み合っていても、ここのあるオブジェクトのプロパティとそこの別のオブジェクトのプロパティとの間の相関関係ではそれを見ることができないことを意味します。 “超低温原子のボース-アインシュタイン凝縮物は、区別できない原子の大きなアンサンブルで構成されており、文字通り物理的な観測可能なものでは等しい”とKlemptは述べた。 したがって、絡み合いの元の定義は、それらの中で実現することはできません。”実際には、区別できない粒子間の絡み合いの全体の概念は、理論的に論争されています。 ドイツのハイデルベルク大学のPhilipp Kunkel氏は、”絡み合いの概念は、互いに絡み合っているサブシステムを定義する可能性を必要とするからです。

EPR思考実験における空間的に分離された粒子の絡み合いに直接類似した、より明確な種類の絡み合いは、ハノーバーのKlemptのチーム、ハイデルベルクのKunkelのグループ（Markus Oberthaler率いる）、およびスイスのバーゼル大学のPhilipp Treutlein率いるチームによる三つの別々の実験で実証されている。 「古典物理学との衝突は、そのような空間的に分離されたシステム間の絡み合いが観察されるときに特に顕著である」とTreutleinは語った。 “これは1935年のEPRのペーパーが考慮する状態である。”

すべての三つのグループは、電磁トラッピング場に保持されたルビジウム原子の数百から数千の雲を使用しました（”原子チップ”上の微視的なデバ 研究者らは、原子のスピンの量子遷移を励起するために赤外線レーザーを使用し、もつれの証拠となる兆候であるスピン値間の相関を探しました。 ハイデルベルクとバーゼルのグループは、単一の大きな雲の中に二つの異なる領域を扱っていましたが、Klemptのグループは、実際には中央に空の領域を挿入することによって雲を分割しました。

バーゼルとハイデルベルグのグループは、量子ステアリングと呼ばれる効果を介してもつれを示し、二つのもつれた領域の見かけの相互依存性を利用して、一方の測定値を研究者が他方の測定値を予測できるようにした。 “”ステアリング”という用語はSchrödingerによって導入されました”とTreutlein氏は説明しました。 「これは、領域Aの測定結果に応じて、システムBを記述するために使用する量子状態が変化するという事実を指します。「しかし、これは、AとBの間に瞬間的な情報伝達または通信があることを意味するものではありません。「測定の結果はまだ確率的であるため、遠くのシステムの状態を決定論的に操縦することはできません」とKunkel氏は述べています。 「原因となる影響はありません。”

これらの結果は、”非常にエキサイティングな、”仕事に関与していなかったベルリン自由大学のイェンスEisertは述べています。 「原子蒸気の絡み合いはずっと前に生成されていますが、ここで異なるのは、これらのシステムのアドレス可能性と制御のレベルです。”

空間的に分離された領域間に存在する場合の絡み合いのより明確なデモンストレーションを除いて、このようにすることには実用的な利点もあ 「BEC内の個々の原子がすべて同じ場所にある場合、他のすべての原子に影響を与えずにbec内の個々の原子に対処することは原則として不可能です」とTreutleinは述 “しかし、空間的に分離された二つの領域を個別に扱うことができれば、量子テレポーテーションやエンタングルメントスワッピングなどの量子情報タスクにもエンタングルメントが利用可能になります。”それは、しかし、現在の実験で行われたものを超えて増加する雲の物理的な分離が必要になります、と彼は付け加えました。 理想的には、Klemptは、雲をさらに個別にアドレス指定可能な原子に分割すると述べました。

これらのような”大きな”量子物体は、新しい物理学を探索することも可能にするかもしれません: 例えば、重力が量子挙動に大きな影響を与え始めたときに何が起こるかを知ることができます。 「大きな絡み合った状態を制御して操作するこの新しい方法では、重力理論における量子効果の洗練されたテストの余地があるかもしれません」とEisertは言いました。 例えば、重力効果が量子状態の物理的崩壊を古典的な状態に誘導する可能性があることが提案されており、これは原理的には大きな質量の重畳またはもつれた状態を実験するのに適しているという考えである。 Treutleinは、物理的崩壊モデルをテストする1つの方法は、異なる原子の「物質波」間の干渉を伴うと言いました-そして、彼は彼のグループの分裂、絡み合ったBECは、そのような原子干渉計として機能することができると付け加えました。 Klempt氏は、システムのサイズが大きくなるにつれて、「ほとんどの物理学者はおそらく量子物理学の突然の崩壊を期待しないだろう」と述べた。 しかし、Kunkelは、”互いに絡み合うことができるオブジェクトのサイズに基本的な制限がある場合、実験的にも理論的にも、まだ未解決の問題である”と付け加え”

“最も興味深い質問は、ある意味でもつれを作ることができない基本的なサイズがあるかどうかです”とSillanpää氏は述べています。 “それは、通常の量子力学に加えて何か他のものが絵に入ることを意味し、これは、例えば、重力による崩壊である可能性があります。「重力が役割を果たすならば、それは量子力学と一般相対性理論の現在互換性のない理論を結びつける量子重力の理論をどのように開発するかにつ

それはシュレーディンガーの子猫にとってはかなりのクーデターになるでしょう。 今のところ、彼らは量子行動について特別なことは何もないという一般的な信念を強化し、それが私たちの古典的なウェブが現れるよりも絡み合った猫の揺りかごに自分自身を回転させるという事実を超えています。 そして、その過程で猫を殺す必要はありません。