Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel

アインシュタインの素晴らしい間違い：量子もつれ － チャド・オーゼル

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Misaki Sato

Albert Einstein played a key role in launching quantum mechanics

アルベルト・アインシュタインは 光電効果の理論を通して

through his theory of the photoelectric effect

量子力学の立ち上げに 重要な役割を果たしましたが

but remained deeply bothered by its philosophical implications.

その自然哲学的な意味合いに 悩まされ続けました

And though most of us still remember him for deriving E=MC^2,

多くの方は彼がE=MC＾２という式を 導出したことを覚えているでしょうが

his last great contribution to physics was actually a 1935 paper,

彼の物理学への最後のすばらしい貢献は 1935年に発表された

coauthored with his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen.

若き研究仲間であるボリス・ポドルスキーと ネイサン・ローゼンとの共著論文でした

Regarded as an odd philosophical footnote well into the 1980s,

これは風変わりな自然哲学的な論文と みなされて1980年代にまで至りましたが

this EPR paper has recently become central to a new understanding of quantum physics,

このEPR論文は最近になって 量子もつれとして知られる奇妙な現象を

with its description of a strange phenomenon

記述するものとして

now known as entangled states.

量子力学における新たな理解の 中心をなしています

The paper begins by considering a source that spits out pairs of particles,

この理論の考察では それぞれが測定可能な２種の属性をもった

each with two measurable properties.

一対の粒子を発生源から 放出することから始めています

Each of these measurements has two possible results

各測定では ２つの異なる結果が

of equal probability.

等確率で起こります

Let's say zero or one for the first property,

一つ目の属性をたとえば 「０」と「１」としてみましょう

and A or B for the second.

もう一方の属性を「A」と「B」とします

Once a measurement is performed,

一旦測定がなされると

subsequent measurements of the same property in the same particle

それに引き続く測定では

will yield the same result.

同じ粒子に対して同じ結果が得られます

The strange implication of this scenario

この話の奇妙な点は

is not only that the state of a single particle

単一の粒子の状態は

is indeterminate until it's measured,

測定するまで決まらないばかりでなく

but that the measurement then determines the state.

測定することが状態を決めることです

What's more, the measurements affect each other.

それだけでなく 互いに測定が影響し合います

If you measure a particle as being in state 1,

一方の粒子の状態が「１」であると 測定されたとし

and follow it up with the second type of measurement,

引き続く測定で もう一方の属性を測定すると

you'll have a 50% chance of getting either A or B,

それぞれ50％の確率で 「A」か「B」となります

but if you then repeat the first measurement,

しかし その後 最初の測定をもう一度行うと

you'll have a a 50% chance of getting zero

いったんは「１」と 測定されていたのにも関わらず

even though the particle had already been measured at one.

「０」となる確率が50％になります

So switching the property being measured scrambles the original result,

つまり測定する属性を変えると 元の測定結果をランダムに

allowing for a new, random value.

新たな値をもたらします

Things get even stranger when you look at both particles.

２つの粒子を見ると さらに奇妙なことが起こります

Each of the particles will produce random results,

各粒子はランダムな結果を与えますが

but if you compare the two,

この２つを比べてみると

you will find that they are always perfectly correlated.

この間には常に完全な 相関関係があることが分るでしょう

For example, if both particles are measured at zero,

例えば 一方の粒子が「０」ならば 他方も常に「０」となる

the relationship will always hold.

そのような関係です

The states of the two are entangled.

このような２粒子は 「量子もつれ」の関係にあります

Measuring one will tell you the other with absolute certainty.

一方を測定すれば 他方の値を確実に知ることができます

But this entanglement seems to defy Einstein's famous theory of relativity

しかし この「もつれ」はアインシュタインの 有名な相対性理論に反するように見えます

because there is nothing to limit the distance between particles.

というのも 粒子間の距離を 制約するものがないからです

If you measure one in New York at noon,

正午 ニューヨークで一方を測定し

and the other in San Francisco a nanosecond later,

その10億分の１秒後に サンフランシスコで他方を測定しても

they still give exactly the same result.

全く同じ結果が得られます

But if the measurement does determine the value,

しかし 測定が値を決めるのだとすれば

then this would require one particle sending some sort of signal to the other

一方の粒子が 他方に信号を 光速の1300万倍の速さで

at 13,000,000 times the speed of light,

送り届ける必要がありそうですが

which according to relativity, is impossible.

相対性理論によると これは起こり得ません

For this reason, Einstein dismissed entanglement as "spuckafte ferwirklung,"

それゆえ アインシュタインは量子もつれを “spuckafte ferwirklung”

or spooky action at a distance.

「不気味な遠隔作用」として否定しました

He decided that quantum mechanics must be incomplete,

彼は量子力学は不完全な理論と結論付け

a mere approximation of a deeper reality in which both particles

より深いレベルの物理の 近似に過ぎないのだとし

have predetermined states that are hidden from us.

両粒子が共に 隠れた階層で 値が決定されているのだと主張しました

Supporters of orthodox quantum theory lead by Niels Bohr

ニールス・ボーアが率いる 正統派の量子理論支持派は

maintained that quantum states really are fundamentally indeterminate,

量子状態は根本的に事前に決定不可能で

and entanglement allows the state of one particle

量子もつれは 一方の粒子の状態が 遠方の対の粒子の状態に

to depend on that of its distant partner.

依存するのだという主張を 崩しませんでした

For 30 years, physics remained at an impasse,

30年もの間 物理学は この点で行き詰っていましたが

until John Bell figured out that the key to testing the EPR argument

ジョン・ベルは２つの粒子それぞれに対し 異なる測定を組み合わせれば

was to look at cases involving different measurements on the two particles.

EPR論争の決着がつくことを示しました

The local hidden variable theories favored by Einstein, Podolsky and Rosen,

アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼン に支持された「隠れた変数理論」は

strictly limited how often you could get results like 1A or B0

結果が事前に決まっているために 「1A」とか「B0」とかいった結果が出る頻度に

because the outcomes would have to be defined in advanced.

厳しい上限を与えましたが

Bell showed that the purely quantum approach,

ベルは純粋に量子力学的なアプローチ つまり

where the state is truly indeterminate until measured,

物理状態は測定されるまで 全く決まっていないのならば

has different limits and predicts mixed measurement results

事前に結果が決まっている場合には 起こりえないような

that are impossible in the predetermined scenario.

異なる上限がある事を示し 組合わせ測定の結果を予測しました

Once Bell had worked out how to test the EPR argument,

ベルがEPR論争の検証方法を示すと

physicists went out and did it.

物理学者たちは これを実行に移しました

Beginning with John Clauster in the 70s and Alain Aspect in the early 80s,

まずは70年代のジョン・クラウザーや 80年代のアラン・アスペに始まり

dozens of experiments have tested the EPR prediction,

EPR予測を検証する何十もの実験がなされ

and all have found the same thing:

全て同じ結論を得ました：

quantum mechanics is correct.

量子力学は正しかったのです

The correlations between the indeterminate states of entangled particles are real

事前に決定されない量子もつれの関係にある 粒子の状態の相関関係は事実であり

and cannot be explained by any deeper variable.

いかなる隠れた変数によっても 説明することはできないのです

The EPR paper turned out to be wrong but brilliantly so.

EPR論文の主張は正しくないと分りましたが 素晴らしい理解をもたらしました

By leading physicists to think deeply about the foundations of quantum physics,

主導的な物理学者が量子力学の 基礎について徹底的に考察することにより

it led to further elaboration of the theory

この理論はさらに詳しく理解され

and helped launch research into subjects like quantum information,

量子情報理論といった研究分野の 立ち上げに寄与しました これは今や

now a thriving field with the potential to develop computers of unparalleled power.

未曾有の潜在能力を有するコンピュータ開発の 分野として 研究が盛んになされています

Unfortunately, the randomness of the measured results

しかしながら 測定結果はランダムなので

prevents science fiction scenarios,

量子もつれの関係にある粒子を使って

like using entangled particles to send messages faster than light.

メッセージを光よりも速く伝えるという SFのようなことは起こりません

So relativity is safe, for now.

ですから 相対性理論は 今の所 無事です

But the quantum universe is far stranger than Einstein wanted to believe.

でも量子宇宙は アインシュタインが 信じようとしていたことよりも はるかに奇妙です