もはや怪談、「量子コンピュータ」は分からなくて構わない：踊るバズワード 〜Behind the Buzzword（1）量子コンピュータ（1）（5/9 ページ）

[江端智一，EE Times Japan]

本当に気持ち悪い「量子の振る舞い」の話

　さて、ここから、量子とは何か、量子ビットとは何か、について説明します。

　既に企画書の中で説明した通り、これは、私（江端）の頭の中に残っている知識と、私の頭の中で生まれた疑問と、私に都合のいいモデルと解釈に拠ることを、あらかじめご了承ください。

　量子の振る舞いは、はっきり言って理解不能で、ぶっちゃけて言えば「気持ち悪い」のです。ここでは、その気持ち悪さを、量子の一つである電子を使って説明します（というか、電子工学出身の私は、電子くらいしか知りません）。

　電子銃から放出される電子ビームは、磁力によってひん曲げることができます。これを利用したものがブラウン管テレビです（2015年に世界中で生産が終了しました）。

　逆に言えば、磁力以外で電子銃から発射された電子を曲げるのは難しいです（ここ覚えておいてください）。

　ここから量子（正確には電子）の「気持ち悪い」を説明します。

　（1）電子銃、（2）2つの間隙（スリット）のある板（二重スリット）、（3）電子銃の電子を受けとると感光する感光スクリーンの3つを並べて、電子銃を（イメージとしては手動で）一発ずつ打ち込みます。

　普通に考えれば、二重スリットの真ん中に当たって、感光スクリーンには届かないはずです。仮に電子銃の狙いが狂って、スリットを擦り抜けたとしたら、電子銃とスリットの直線上のどこかに感光スクリーン上に現われるはずです（上記（a）常識的な予想）。

　ところが、上図（a）のようにはならず、上記（b）のような結果が出てくるのです。

　―― 一体、電子はどこを通っているんだ？

　電子の到着場所は、電子銃を打つ度にバラバラに変わってしまいます。図中では5つの場所の付近に到着しているようですが、それは事前に分かりません。しかも電子銃とスリットの直線上の場所でもありません。全く訳が分かりません。

　仮に電子銃が武器として使用されたとしたら、直線性を担保されない「どこに当たるか分からない銃」となり、全く使いものになりません。

　これだけでも十分「怪談」ですが、もっと怖いことがあります。

　「電子銃の銃弾（電子）は、二重スリットのどちらか一方を通過しているはず」と考えて、装置を使って電子の軌跡を追跡しはじめると、上記の（b）の状態が（a）の状態になってしまうのです。

　これが観測です。人間の「観測をしよう」という意志によって、現象が変化してしまうのです。

　絶対におかしいですよね。信じられませんよね。これを「怪談」と言わずに、一体何を「怪談」と言えば良いでしょうか。

　今でも私は、この実験結果がウソではないかと思っているくらいです。自分の目で確かめるまでは信じられません。自宅での実験も考えたのですが、大規模な実験設備と実験環境が必要らしく（実験室の近くにダンプカーが通過しただけで、実験結果が変わってくるなど、とても繊細）、実験はできないままです。

　しかし、この話、ネット上のどこでも簡単に見つけられますし、私をだますためだけに、世界がこれほど大げさなウソをつくとも思えません。

　ただ、この実験では、量子の中でも、超軽量の電子を使った実験です。電子は電荷を持っているという特殊な性質もありますので、まあ、なんか変な力が働いて、こんな変なことが起きるのかもしれない、と思い込むようにしていました。

　ところが、1999年に、オーストリアの物理学者のアントン・ツァイリンガーさんが、炭素元素60個でできた「フラーレン」という分子でも、同じ現象を確認しています。

　……分子だと？　分子って、電子の重さと比較にならんぞ。

　電子：9.10938356×10^-31kgに対して、フラーレン：2×10^-23×60個kgは、実に2200万倍。これは、電子を卓球のピンポン玉（2.7g）に見立てると、直径2.5mの鉄球の重さになります。

　こんな巨大な鉄球が、直進せず、どこに現われるか分からない振る舞いをするというのは、正直恐怖です。

「波」であると同時に「粒」でもある

　そもそも、二重スリットの実験は、「ヤングの実験」として、19世紀初頭から知られています。こちらは、「電子銃で一発ずつ電子を打ち込む」のではなく、光を当てる実験です。

　この実験によって、光が「波」であることが証明されています（ちなみに、光が「粒」であることは、この実験からは分かりません）。

　2つの波は、互いに干渉して、波の高さが大きくなる場所と、小さくなる場所が交互に発生するからです。

　前述の実験とこの実験では、「電子」と「光（光子）」に違いがあるように思えますが、実は、光子（レーザ光）を発射する実験でも、電子と同じ振る舞いすることが確認されています。

　つまり、「光子」も「電子」も、果ては「分子」に至るまで、その性質は「粒」であると同時に「波」であるという、ぶっちゃけ「訳が分からん」という状況が確認されているわけです。

　観測される直前までが「波」で、観測された瞬間に「粒」になる ―― 冒頭の私の「新宿駅の『あの人』」というコンセプトは、この「観測すれば、確定する」から案出されたものです。

　では、量子の「気持ち悪さ」をまとめてみます。

　まずは、この3つの「気持ち悪さ」を理解しておいてください。