2024年、量子物理学研究に革命をもたらす発見がドイツのマックスプランク光学研究所（MPL）と中国の南京大学の共同研究によって成されました。これまで必要不可欠とされていた複雑なプロセスを省略し、AIが設計した新しい手法で独立した光子間に量子もつれを生成することが可能になったのです。
この成果は量子通信や量子コンピューティングの基盤技術において大きな進歩となる可能性を秘めており、研究内容は『Physical Review Letters』に掲載されています。
参考文献
Entangling Independent Particles by Path Identity
AIの力で実現した新しい量子実験
今回の研究で鍵となったのは、マックスプランク光科学研究所の開発したAI「PyTheus（ピュテアス）」です。このAIは、人間が目指す量子状態を入力するだけで、実験設計を自動的に行うという画期的なシステム。従来は科学者が膨大な時間をかけて考案してきた実験を、AIが瞬時に提案します。
過去の研究では「PyTheus」が提案した量子実験の多くが既存の方法を改良したものでした。しかし今回は、従来の常識を覆す全く新しい実験手法が示されたのです。
量子もつれ生成の新手法
量子もつれは、2つの粒子が密接に結びついた状態で、一方の性質を測定することで他方の性質が瞬時に確定する現象を指します。従来、この現象を生成するためには以下の条件が必要とされていました：
- 事前の量子もつれ生成
- ベル測定と呼ばれる特殊な測定
- 複数の補助光子の使用
しかし「PyTheus」は、これらを一切使用せず、光子の進路や出発点の区別をつかなくするという極めて簡素な方法を提案。これにより、全く関連性のない独立した光子間にも新たな量子もつれを生成することが可能であると示しました。
AIがもたらす新時代
研究チームは当初、AIが提案した手法を「間違いではないか」と疑いました。なぜなら、従来の常識では不可能とされていた方法だったからです。しかし、既存の研究から得られたデータを基に検証を進めた結果、この手法が有効であることが証明されました。
実際の実験では、AIが提案した設計をもとにセットを組み上げ、その結果、新規の量子もつれが生成されていることが確認されました。また、この確認プロセスもこれまで必要とされていた複雑な測定を簡略化し、1つの光子の測定のみで判断が可能となりました。
この発見がもたらす影響
AIが発見した新しい手法は、量子技術に多大な影響を与えると期待されています。例えば：
- 量子通信ネットワークの効率化
従来の方法に比べ、量子もつれ生成のプロセスが大幅に簡略化されるため、大規模なネットワーク構築が可能になります。 - 量子コンピューティングの進化
簡素な実験手法で新たな量子状態を作成できることは、より効率的な量子計算アルゴリズムの開発を後押しします。 - AIと科学の融合
今回の成果は、AIが科学の領域で未知の発見を成し遂げる力を持つことを示しています。今後は仮説構築から実証まで、AIが主導する研究が増える可能性があります。
未来への展望
AI「PyTheus」が提案したこの手法は、量子物理学の新しい可能性を切り開きました。従来の科学では不可能とされた方法が、AIの力によって現実のものとなったのです。これにより、AIが科学研究の中心的役割を果たす未来がより現実味を帯びてきました。
科学者たちは、AIによる発見がもたらす恩恵を享受しつつ、人間が果たすべき役割を模索し続けています。量子物理学の発展は、人類の未来を大きく変える可能性を秘めていますが、それを支えるのは人間とAIの共存であることは間違いありません。
この成果は、人類が量子技術をより身近なものとし、新たな科学的知見を得るための大きな一歩となるでしょう。
