量子テレポーテーション
量子テレポーテーション
量子テレポーテーション（りょうしてれぽーてーしょん、英: Quantum teleportation）は、量子力学における現象であり、物理的な粒子そのものを移動させるのではなく、その量子状態を遠隔地に転送する技術を指す。このプロセスは、量子もつれと古典通信を組み合わせることで実現される。
原理
量子テレポーテーションは以下の3つの要素を利用して行われる： 1. **量子もつれ**: 二つの粒子をもつれた状態に準備する。 2. **ベル測定**: 転送元の粒子と片方のもつれ粒子を測定し、その結果を古典的な通信手段で転送先に送る。 3. **状態再構築**: 転送先で受信した測定結果をもとに、もつれ粒子の状態を変換して元の量子状態を再現する。
この過程により、元の量子状態が完全に転送先に再構築される。
特徴
量子テレポーテーションの主な特徴は以下の通り：
- **情報の転送**: 量子状態が転送されるが、物質そのものは移動しない。
- **安全性**: 元の量子状態は転送元で消失するため、状態が複製されることはない（量子複製不可定理）。
- **量子もつれ依存**: 転送にはもつれた粒子のペアが必要。
応用
量子テレポーテーションは、以下の分野での応用が期待されている：
- **量子通信**: 量子インターネットの基盤技術として、安全な情報転送を実現。
- **量子コンピュータ間の接続**: 離れた量子コンピュータ間で量子情報を転送し、分散型量子計算を可能にする。
- **量子暗号**: 盗聴が困難な通信プロトコルの開発。
実験的検証
量子テレポーテーションは多くの実験で実証されている。以下はその主な例：
- **光子を用いた実験**: 初めて量子テレポーテーションが実証された（1997年）。
- **原子やイオン**: 固体量子ビットや原子の状態転送。
- **長距離通信**: 衛星を用いた量子テレポーテーションの成功（2017年、中国の「墨子号」衛星）。
現状と課題
量子テレポーテーションには以下の課題が存在する：
- **量子もつれの生成と保持**: 長距離での安定したもつれ生成。
- **古典通信の速度**: 量子情報転送の効率を高めるための通信技術。
- **スケーラビリティ**: 大規模ネットワークでの実用化。