東北大ら,ブラックホールの量子もつれが既知より強い可能性を発見

東北大学と名古屋大学は共同で,ブラックホールから輻射が出る過程を模倣した量子ビット模型を提案し,その性質の理論的研究を通して,ブラックホールがこれまで考えられていた”限界”よりも強い量子的なもつれを共有できる可能性を見出した(ニュースリリース)。

ブラックホールは現代物理学の課題のひとつである量子重力理論の完成に向けて重要となることが強く期待される研究対象のひとつ。ホーキング博士によって導入されたベッケンシュタイン・ホーキングエントロピーはブラックホールの熱的なエントロピーであるとこれまで考えられており,それが量子もつれの強さの上限を与えると信じられてきた。

研究グループは,量子ビット模型を用いてこの議論の不十分な点を見出し,これまでの理論的予想が,ある種のブラックホールに対しては成り立たない可能性を指摘した。

この量子ビット模型はブラックホールの熱的な性質を再現するものになっており,そこでは零エネルギーの輻射が重要な役割を果たすという。今回,この零エネルギーの輻射が量子もつれを共有できることから,ブラックホールが極めて高温な防火壁で覆われているという仮説が論理的必然でないことを明らかにすることに成功した。

日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

量子もつれ
りょうしもつれ
quantum entanglement

量子多体系において、2個以上の量子が古典力学では説明できない相関をもつこと、また、それにかかわる現象をいう。量子エンタングルメントともよぶ。アインシュタイン‐ポドルスキー‐ローゼンのパラドックス(EPRパラドックス)で提起された以下の問題から考察された。EPRパラドックスは、一つの粒子が反対方向のスピンをもつ二つの粒子Aと粒子Bに分裂した場合を考え、それらが十分離れたところで片側の粒子Aのスピンの向きを測定すると、測定していないほうの粒子Bのスピンの状態が粒子Aのスピンの状態の測定と同時に判明する(量子力学の予測)。そしてこのことは情報が瞬時に(超光速で)伝達されることを意味し、特殊相対性理論に反する、というものである。しかし、上述の実験を精密に行った結果、超光速で情報を伝達しているわけではない      ≒
    情報の伝達ぶりが、観察されない    、が、
  量子力学の予測どおりの結果になり、複数の量子が関係する系では古典力学では説明できない相関、つまり量子もつれがあることが判明した。この相関現象を用い、量子情報科学では量子暗号量子コンピュータの研究が進展している。[山本将史]