「量子情報」って分野を研究してるけど質問ある？

2015年09月20日

コメント( 5 )

1: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:24:30 ID:Ml4

量子もつれとじゃ量子コンピュータとか量子テレポーテーションとかそういう分野ね
所詮は学生だけどウィキペディアよりは詳しいよ！

3: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:26:19 ID:mqB

テレポートしようよ

6: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:29:52 ID:cgp

コヒーレントってなに？
どうやったらそんな状況に持ってけるの？

10: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:33:50 ID:Ml4

>>6
固有状態間の位相のこと
純粋状態さえ作れれば基底変換でどうとでも作れる

コヒーレント

波動が互いに干渉しあう性質をもつさま。二つ（または複数）の波の振幅と位相の間に一定の関係があることを意味する。代表的なものとしてレーザー光がある。
https://kotobank.jp/word/コヒーレント-503877
関連：https://ja.wikipedia.org/wiki/コヒーレンス

7: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:30:19 ID:BC8

楽しい？割とよく聞くようになったけど

12: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:34:52 ID:Ml4

>>7
もちろん楽しいよ。世間で言われてるよりは地味な分野だけど。

13: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:35:09 ID:oaZ

量子の世界って時間を遡るらしいじゃん
それはﾏｼﾞだと思う？　それとも観測ﾐｽだと思う？

16: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:42:16 ID:Ml4

>>13
個人的には信じられないね
嘘を言ってないとしたら、解釈問題というか、専門用語のトリックを使ってる
まあ専門用語による言葉のあやって話なら量子テレポーテーションも一緒だけどね
光速を超えるとかの話も大抵その類

19: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:47:08 ID:oaZ

>>16
ふーん。公表された観測結果とかから判断できたりしないの？　矛盾とか
まだデータが公表されてなかったりするの？　大学の論部jって閲覧するのに結構お金かかったりするみたいだし

24: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:59:16 ID:Ml4

>>19
それができるのなら苦労はしないよ

15: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:38:21 ID:KLo

お前的に量子通信は何年後に実用化しそうなんだよ(´・ω・`)？

18: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:46:29 ID:Ml4

>>15
量子暗号通信なら数十年ってところかなぁ
海外では選挙の投票にも実験的に使われたこともあるし、国内でも試験運用はされてる

量子コンピュータはそれより難しい

21: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:48:33 ID:WnW

やっぱり人間テレポートするなら
素粒子まで分解してから移動したい場所に飛ばして組み立てるか
情報だけ送ってコピー作るしかないないの？

24: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:59:16 ID:Ml4

>>21
そもそも量子情報っていうのはあくまでスピンだとか偏光だとかそういうものしか送れないから、
人間を構成する情報なんて送れないよ

25: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)10:59:17 ID:DRG

量子テレポーテーションって光速を超えて情報を送れるの？

26: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:01:21 ID:Ml4

>>25
それはよくある質問だけど、無理だよ
量子テレポーテーションの仕組みの一部として「古典通信（普通の電話やメール）による情報伝達」が組み込まれてるんだから

「無条件」量子テレポーテーションに成功【量子力学】
http://world-fusigi.net/archives/7327449.html

量子テレポーテーション

量子テレポーテーション（りょうしテレポーテーション、英:Quantum teleportation）とは、古典的な情報伝達手段と量子もつれ (Quantum entanglement) の効果を利用して離れた場所に量子状態を転送することである。

テレポーテーションという名前であるものの、粒子が空間の別の場所に瞬間移動するわけではない。量子もつれの関係にある2つの量子のうち一方の状態を観測すると瞬時にもう一方の状態が確定することからこのような名前がついた。このテレポーテーションによって情報が瞬時に送られるので、結果的に「情報が光速を超えて伝わる」ことになる。

wiki-量子テレポーテーション-より引用

27: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:04:46 ID:DRG

>>26
なるほど
その古典通信の速度以上にはならない訳か…

28: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:06:44 ID:DRG

>>26
だとしたら量子テレポーテーションの凄い所って何？

30: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:14:54 ID:Ml4

>>28
観測やノイズで壊れやすい量子を空間的に離れた場所で再生できること
テレポーテーション自体も通信の一種ではあるけど、
「量子テレポーテーションで通信をする」というよりも、「量子テレポーテーションを利用して通信のための鍵を配布する」
っていう使い方の方が注目されてる

32: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:22:13 ID:DRG

>>30
ん…むずいなあ…
よくそんなむずい事を研究してるな

鍵って何？
送りたい情報本体以外の何か？

29: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:07:42 ID:KLo

まあ待て早まるな(´・ω・`)。
人類がこの先地球外に移住するようになったら古典通信で光速越えは起こり得る(´・ω・`)。

その前に滅ぶけど(´・ω・`)。

33: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:35:01 ID:Ml4

鍵自体は量子とか関係なくて普通の暗号理論の領域なんだけど、
普通にメールとかするときも、送信者はデータを暗号化して、受信者はそれを解読しなきゃいけなんだけど、
その暗号化や解読法のルールとなる数列が鍵って呼ばれる

で、その数列を作るのが案外難しくて、量子の能力を使って数列を作ろうとするのが、量子暗号
量子暗号を作るための方法の中に、「送信者が光子を測定して受信者に送る」っていうシーンがあるんだけど、
実際に光子を光ファイバで送ろうとするとノイズがでかすぎてまともに送れないわけよ
だから、量子テレポーテーションで送りましょうって話が出てきた

だから、量子テレポーテーションの応用は通信そのものよりも、通信のための暗号作りの方で期待されてる

34: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)11:53:16 ID:DRG

>>33
詳しい説明をありがとう
やっぱ俺には難しくて文章が理解できない…
すまん(>_<)

鍵を送るということは1つでも数字が間違ってたら開かない訳で、よくニュースで転送効率1%とか61%とか言ってるけど、どの数字がノイズ？でどの数字が合っているかはっきりしないと、鍵の役割を果たせないと思うんだけどどうなの？

それともそう言う話では無く、普通のパソコンでは作れない特殊な、例えば桁が多い数列とかを生成できる可能性があるの？
(一応公開鍵暗号の仕組みはなんとなくしってる

37: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:05:41 ID:Ml4

>>34
送信者と受信者で同じ数列を共有してないと意味がないけど、実際にはノイズがあるでしょ？どうするの？
っていうのはまたよくある質問だね。そのために「量子エラー訂正」って技術も研究されてる。根本的な仕組みは古典的なエラー訂正と同じようなものだけど

量子暗号で作る暗号は「ワンタイムパッド」って呼ばれていて、完全ランダム数列を通信ごとに使い捨てにするという方法
この方法自体はそれこそチューリングの時代から「最強の暗号」であることが数学的に証明されていた。
しかし実際の運用方法に問題があって、例えば「完全ランダムな数列」を作るというのは意外と難しくて、人間はもちろんコンピュータにも作れない
また、数列を作ったはいいけど、その数列自体を盗難されたりしたら意味がない
暗号としての強さと運用上の扱いやすさの妥協点が現在のRSA暗号

ここで量子を使えば、「完全にランダムな数列」が作れるし、盗聴も検出できる。
「理論上（笑）の最強」だった「ワンタイムパッド」を実現できる、っていうのが量子暗号

39: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:22:40 ID:DRG

>>37
なるほど
＞ここで量子を使えば、「完全にランダムな数列」が作れるし、盗聴も検出できる。
これが実現したら凄いな

ちょっと初歩的な疑問なんだけど、量子もつれの状態にある光子？のペアってどうやって作るの？

40: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:33:16 ID:Ml4

>>39
非線形光学素子とか、ビームスプリッターみたいな光学デバイスを使う
詳しくは古澤先生のブルーバックス本で嫌というほど解説されてる

41: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:36:38 ID:DRG

>>40
量子もつれって保存はどれ位きくの？
永遠にもつれてる事はない気がするけど…

46: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:42:58 ID:Ml4

>>41
実際にはノイズがあるから１秒と持たないよ
もつれさせたまま保存するんじゃなくて、必要な時だけもつれさせるのが普通だけど
特に光子は保存が効かないから、使うときだけもつれ光子対を生成する

49: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:47:52 ID:DRG

>>46
1秒持たなかったら30万キロ以上離れた場所、例えば地球と月とかでは量子テレポーテーションは使えない事になるの？

ペアの片方の光子は何らかの方法で送らんとあかんもんな？確か…

55: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:55:09 ID:Ml4

>>49
だから短い距離のテレポーテーションをリレーしていく
「量子中継」って技術も研究されてる

43: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:38:41 ID:f5L

観測者問題って本当にあるの？
量子は運動量か位置情報（？）のどちらかしか観測できないってやつ

観察者効果

科学における観察者効果とは、観察するという行為が観察される現象に与える変化を指す。例えば、電子を見ようとすると、まず光子がそれと相互作用しなければならず、その相互作用によって電子の軌道が変化する。原理的には他の直接的でない観測手段でも電子に影響を与える。実際の観察をしなくても、電子が観測可能な位置に単に入っただけでも、理論上はその位置が変化してしまう。
wiki-観察者効果-より引用

50: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:51:48 ID:Ml4

>>43
「観測による攪乱」っていうのは確かに存在するよ
だけどそれは「不確定性原理」による「観測値のゆらぎ」とはちょっと違う
いわゆる「小澤の不等式」ってやつだね。

44: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:39:38 ID:cJP

具体的には研究でどういうことをするの？

52: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:53:11 ID:Ml4

>>44
この業界狭いから自分のやってること書くとすぐ特定されるｗ勘弁してｗ

47: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:45:36 ID:J1O

すまん馬鹿なんだが、量子って何？
一番小さなものなの？

54: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:54:21 ID:Ml4

>>47
粒子性と波動性を両立するもの
必ずしも小さいとは限らない

53: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:53:21 ID:EAP

その研究、いったいなんの役に立つの？

58: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:58:27 ID:Ml4

>>53
役に立たないって散々叩かれる物理学の中では比較的役に立つ分野だと思ってるけど

57: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)12:57:27 ID:Xh6

59: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)13:10:31 ID:DRG

離れた位置に4桁のデジタル信号、例えば「0101」を
送りたい時に、仮に転送効率100%(ノイズなし)だとしたらいくつの量子もつれのペアが必要なの？

60: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)13:16:47 ID:Ml4

>>59
中継とか訂正とか考えなければ、もつれ１ペアにつき１ビットと思えばOK

61: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)13:25:17 ID:DRG

>>60
その後まずこんなイメージ？？

光子Ａ～～～～～～～光子Ｂ
↑
光子Ｃ
↑
DA変換
↑
送りたいデジタル信号

62: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)13:31:08 ID:Ml4

>>61
細かいところはともかく、イメージとしてはそれでいいと思うよ
もつれペアABを作って、Cに送りたい情報を乗せて、AとCに対して「ベル測定」っていう操作を行うと
Cの情報がBに「テレポート」する

63: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)13:40:13 ID:DRG

>>62
おーさすが

まさに分からない所はここ↓だった
＞AとCに対して「ベル測定」っていう操作
ベル測定は自分で調べるわ

そしてベル測定の結果(をそのままかは知らんが)光子Ｂの場所に古典通信で送るんだよね…

で、そのあと光子Ｂに対してその送られてた情報使って何かするの？

64: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)13:50:30 ID:Ml4

>>63
教科書的な話になるけど、ベル測定の結果には４種類あって、その結果に応じて
光子Bに対して、
１．何もしない
２．X回転
３．Y回転
４．Z回転
を行うことにより、情報を再生する
じゃあX回転とかって実際にはどうやるんだよって言われると、言葉で書くのは難しくて、
光学デバイスを使うとしか言い様がない
ただ実用上は、光子はあくまで伝送用であって、そういう制御をするときには
物質中のスピンとか回路で作られた「量子メモリ」っていう制御性・保存性に優れた媒体に移すのが基本

66: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)14:04:41 ID:DRG

>>64
じゃあ送りたい情報1ビットに対して古典通信で送る情報は2ビット必要なんか

後半は難しいな…
4つの操作をどうやってるかって言うのと、その結果をどうやって知るのかって言うのは、やってる人でないとわからんのか…

いや量子テレポーテーションの番組とか見てもさっきのベル測定の部分と光子Ｂに対する操作とか、結構肝心な部分の説明が無いから、いつまでたっても素人にはなにやってるか分からんかったｗｗ

65: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)13:58:54 ID:Ml4

この分野って情報を扱うから、「教科書的な理論」と「実際の実験室で行う操作」がかけ離れやすいんだよね

教科書とか読むと「CNOTゲートは量子１が０の時は何もせず、１の時は量子２が反転します」とか書いてあるけどさ、
「それって具体的にはどういう物質にどういう操作をすれば実現できるんだよ！」って思うよな

できれば俺も実際に自分が使ってる物質を例にして具体的に解説したいんだが、それやると特定されるからな。すまんな。

67: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)14:05:08 ID:DRG

>>65
なるほど
色々親切にありがとう！！

68: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)14:16:48 ID:DRG

暗号技術になぜ有効かわかった気がする
なるほど確かにこれは使えるそう

69: 名無しさん＠おーぷん 2015/09/19(土)15:59:05 ID:DRG

知れば知るほど、量子テレポーテーションっていう魔法のような言葉のイメージとは裏腹に、アナログ通信技術って感じだね
ちょっとづつ身近に感じてきた

引用元: ・「量子情報」って分野を研究してる大学院生だけど質問ある？