九州大学の研究者チームは、量子もつれ、すなわち粒子の間の神秘的な相関関係が、あらゆる次元において普遍的な規則に従うことを発見しました。この画期的な発見は、2025年8月6日に「フィジカル・レビュー・レターズ」誌に掲載され、この基本的な量子現象への理解を深めるものです。
古典物理学では、遠く離れた物体は独立して振る舞いますが、量子もつれは、粒子がどれだけ離れていても相関を保つことを可能にします。この複雑な関係性は、量子コンピューティングや量子通信といった先進的な量子技術の開発における基盤となっています。これらの技術は、従来のコンピューターでは解決が困難な問題を処理する可能性を秘めており、セキュアな通信や複雑な計算の実現に不可欠です。
研究チームは、素粒子物理学の枠組みである熱的有効理論を用いて、高次元量子系におけるレーニィーエントロピーを分析しました。その結果、特定の条件下では、このエントロピーの振る舞いが、カシミールエネルギーのような少数のパラメータによって普遍的に決定されることが明らかになりました。これにより、複雑で高次元なシナリオにおいても、もつれスペクトルの挙動が明確になりました。この発見は、次元の数に関わらず、任意の時空次元に適用される普遍性を示しています。
この理論的ブレークスルーは、単なる次元の拡張にとどまらず、量子情報理論の発展に大きく貢献する可能性を秘めています。特に、量子重力理論の量子情報論的理解への寄与が期待されています。研究の主著者である九州大学高等学術研究センターの草苅悠也准教授は、「この研究は、熱的有効理論を量子情報学に応用する最初の例であり、このアプローチの有用性を示しています。今後、量子もつれの構造をより深く理解するために、このアプローチをさらに発展させていきたい」と述べています。この発見は、量子もつれの構造を理解する上で、新たな視点を提供し、量子重力理論との関連性を探る上でも重要な一歩となります。
研究者たちは、このフレームワークをさらに洗練させ、高次元量子系の数値シミュレーションを強化し、量子状態を分類するための新しい方法を提案することを目指しています。これらの洞察は、将来の技術応用において新たな可能性を切り開くものと期待されています。