量子物理学における最大の謎の一つは、なぜ我々の日常世界では量子効果が観測されないのかという問題である。シュレーディンガーの猫のように、二つの状態が同時に存在するような現象は見られない。この謎に対する一つの解答として提案されているのが「量子ダーウィニズム」という理論だ。2003年にヴォイチェフ・ズレックによって提唱されたこの理論は、量子システムが環境に情報を複製・拡散させることで古典的な性質のみが生き残るという、自然選択に似たメカニズムを示唆している。本動画では、超伝導量子ビットを用いた最新の実験結果を紹介し、量子ダーウィニズムの予測が実験的に確認されたことを報告する。しかし同時に、この理論が測定問題の根本的な解決にはなっていないという批判的な視点も提示される。量子デコヒーレンスの洗練された再解釈に過ぎず、なぜ我々が常に100%確定した状態しか観測しないのかを説明するには、量子物理学を超えた新しい物理学が必要だという主張である。
なぜ世界はこのように見えるのか
なぜ世界はこのように見えるのでしょうか。なぜ私たちは常に物が二つの場所に同時に存在するのを見ないのでしょうか。死んでいて生きている猫や、面白くて面白くないジョークを見ないのでしょうか。物理学者はこれを説明できません。どういうわけか、私たちはマクロスケールで量子効果を観測しないようです。しかし量子物理学自体にはオフスイッチがなく、それがどのように消えるのかを説明していません。
しかし今日は、これをすべて説明できるかもしれない「量子ダーウィニズム」をテストする非常に興味深い実験があります。そしてそれは機能しているように見えます。本当にそうでしょうか。そもそも量子ダーウィニズムとは何でしょうか。最後までお付き合いください。波動関数がクリフハンガーで崩壊します。
量子ダーウィニズムという言葉を初めて聞いたとき、私は読み間違えて小人に関係する何かだと思いました。しかし実際にはダーウィンに関するものです。この考え方は基本的に、量子システムがその情報を複製して環境に拡散させることで量子的でなくなるというものです。そしてこの情報の一部だけが生き残り、それは非量子的、つまり物理学者が言うところの「古典的」性質に対応するものです。だから自然選択に少し似ています。
量子ダーウィニズムは最初は少し曖昧に聞こえますが、測定するとはどういうことかを考えると、この考えはより明確になります。それは本当に、システムのある特定の性質についての情報を確実に再現し増幅できることを意味します。例えば、電子のスピンです。あなたはそれを見ることができません。だからそれを抽出して増幅しなければなりません。
量子ダーウィニズムの核心
量子ダーウィニズムは、量子効果が消える理由はこの情報の拡散と増幅だと言います。これは2003年にヴォイチェフ・ズレックによって提案された、かなり新しいアイデアです。そう、インターネット年で言えば、それはカンブリア紀です。しかし理論物理学の年で言えば、それは基本的に昨日です。
どうやってこれをテストできるのでしょうか。つまり、物が二つの場所に同時に存在するのを見ないとか、検出器がクリックしたりしなかったりしないという予測は正しいですが、私たちはこれをすでに知っていました。もしあなたの検出器がクリックしたりしなかったりするなら、哲学者ではなく技術者を呼んでください。
しかしテストできるのは、量子デバイスからの情報がその環境にどのように拡散するかです。そしてこれが新しい論文で彼らがやったことです。この実験では、彼らが研究していた量子システムは2つの超伝導量子ビットでした。そして環境は他の10個の量子ビットでした。これは観測者が光子だった別の論文からのステップアップです。
そして彼らは環境量子ビットをシステムと制御された方法で相互作用させ、多くの小さな光の散乱を模倣しました。最後に、2つの量子ビットからの情報が他の10個にどれだけ拡散したかを測定しました。そして彼らが発見したことは、量子ダーウィニズムの予測と正確に一致しました。2つのシステム量子ビットと小さな環境との間の相互情報は急速に上昇し、その後横ばいになりました。つまり、基本的な考え方は正しいということです。
次のステップと測定問題
そして彼らは次のステップを概説しています。「量子ダーウィニズムが実験的に検証され、成熟した研究分野として確立された今、私たちは波動関数の崩壊のダイナミクスなど、量子測定問題のさらなる問題に対処する上で、その豊かな可能性を探求できます。」
これをどう理解すればいいのでしょうか。これは本当に、猫が死んでも生きてもいない理由を理解することに近づいているのでしょうか。少しはそうです。これは量子ダーウィニズムが正しい方向にあることを確認しています。量子情報が環境にどのように拡散し、通常の非量子情報になるかについて考える必要があるということです。
とはいえ、私の実験の説明からすでにお気づきのように、実際の測定は2つの量子ビットに作用する10個の量子ビットによって行われたわけではありません。それはすべての量子ビットの状態を読み取ったときに行われました。物理学者がなぜこれについてそんなに混乱しているのか、私には分かりません。もしあなたがそれを測定しなかったなら、それは測定ではありませんでした。
私は量子ダーウィニズムが測定問題を解決できないと思います。なぜなら、それは標準的な量子力学を言い換える複雑な方法に過ぎないからです。それは本質的にデコヒーレンスがどのように機能するかについての推測に過ぎません。デコヒーレンスとは、環境との相互作用が量子状態が典型的な量子的振る舞いを示すことを不可能にするときのことです。そうすると通常の確率が得られます。したがって、ここにもそこにもある粒子を持つ代わりに、デコヒーレンスはここに50%、そこに50%ある粒子にします。
真の課題とは
もちろん、これも私たちが観測するものではありません。なぜ私たちは常に別の場所ではなく一つの場所に100%存在する粒子しか測定しないのかを説明したいなら、実際に量子物理学について何かを変える必要があります。興味深いことに、これは哲学者には広く理解されていますが、物理学者はそれを把握するのに苦労しているようです。これが私がこの論文に偽情報メーターで10点満点中5点を付ける理由です。
これは素晴らしい実験であり、本当に私は環境との相互作用のための専用テスト、たとえそれが量子ビットとさらなる量子ビットであっても、それが前進する道だと思います。しかし、私たちは本当に物理学者に、世界がこのようになっている理由を説明するには量子力学を超えた物理学が必要だということを理解してもらう必要があります。そう、量子を超えてです。すでにコメント欄が充電されているのが聞こえます。
だから私たちはまだ、なぜ世界がこのように見えるのか分かりません。しかし、私たちの混乱を12桁の有効数字まで測定することはできます。
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