前回の投稿と同じ様な内容ですが、今一つ釈然としない部分があったので、ChatGPTに再度聞いてみました。今回はとても良く理解できました～

量子もつれの情報伝達に方向は無いが、伝達速度は光速度以下というのはどういう事？

量子もつれは、2つ以上の量子系が相互作用して、それらの状態が相互に関連している状態を指します。この相関関係は、空間的な距離に関係なく存在し、一方の量子状態が変化した場合に、他方の量子状態も同時に変化することがあります。このことを「量子もつれ」と呼ばれます。

量子もつれによる情報伝達は、通常の情報伝達とは異なり、方向を持ちません。つまり、AとBという2つの量子系がもつれている場合、AからBに情報を送ることも、BからAに情報を送ることも可能です。これは、相関関係が空間的な距離に関係なく存在するためです。

一方で、量子もつれによる情報伝達の速度は、光速度以下であることが知られています。これは、量子もつれによる情報伝達は、量子系同士の相互作用に依存しているためです。つまり、AとBという2つの量子系がもつれている場合、Aで起きた変化がBに伝わるには、それぞれの量子系が相互作用しなければなりません。この相互作用には時間がかかるため、伝達速度は光速度以下になるとされています。

ただし、量子もつれによる情報伝達の速度については、まだ研究が進んでいる段階であり、今後の研究で改めて解明される可能性があります。

それは伝達速度があるなら、決して同時には変化しないのでは？

ご指摘の通り、量子もつれによる情報伝達の速度が光速度以下であるため、同時に変化するという表現は正確ではありません。

量子もつれによる情報伝達では、2つ以上の量子系が相互作用して相関関係が生まれます。そして、ある量子系に対する測定結果が得られた時点で、その量子系がもつれている他の量子系も、その測定結果に応じて瞬時に相関が変化することがあります。このように、量子もつれの相関関係が瞬時に変化する現象を「量子もつれの崩壊」と呼びます。

しかし、この崩壊は光速度以下で起こるわけではありません。崩壊が発生する前に、別の測定を行うことによって、相関関係を変更することも可能です。このため、量子もつれの情報伝達においては、光速度以下で情報が伝わると考えられています。

ただし、量子もつれによる情報伝達については、まだ実験的に確認されたものではないため、今後の研究で改めて解明される可能性があります。

なぜ因果関係でなく相関関係というのか？

量子もつれにおいて、因果関係ではなく相関関係が重要な役割を果たすため、因果関係ではなく相関関係という言葉が使われます。

古典物理学における因果関係とは、ある事象が別の事象に影響を与える関係を指します。例えば、ボールを蹴ったときに、ボールが動くというような因果関係があります。しかし、量子もつれにおいては、2つ以上の量子系が相互作用して、相関関係が生まれます。この相関関係は、ある量子系が別の量子系に影響を与えるわけではなく、それらの状態が相互に関連している状態を表します。

量子もつれの相関関係は、空間的な距離に関係なく存在し、一方の量子状態が変化した場合に、他方の量子状態も同時に変化することがあります。このような相関関係は、因果関係が成立しないため、「相関関係」という言葉が使われます。

例えば、2つの量子系がもつれている場合、ある測定を行うことによって、それらの状態が確定されます。そして、ある量子系に対する測定結果が得られた時点で、その量子系がもつれている他の量子系も、その測定結果に応じて瞬時に相関が変化することがあります。このように、相関関係が生じるため、量子もつれの情報伝達においては、方向を持たない相関関係が重要な役割を果たすとされています。

しかし光速以下で情報伝達する以上、同時とも瞬時とも言えないのでは？

ご指摘の通り、量子もつれによる情報伝達においては、同時に変化するという表現は正確ではありません。また、瞬時に変化するという表現も、実際には光速度以下で起こるため、正確ではありません。

量子もつれによる情報伝達では、2つ以上の量子系が相互作用して相関関係が生まれます。そして、ある量子系に対する測定結果が得られた時点で、その量子系がもつれている他の量子系も、その測定結果に応じて瞬時に相関が変化することがあります。このように、量子もつれの相関関係が瞬時に変化する現象を「量子もつれの崩壊」と呼びます。

しかし、この崩壊は光速度以下で起こるわけではありません。崩壊が発生する前に、別の測定を行うことによって、相関関係を変更することも可能です。このため、量子もつれの情報伝達においては、光速度以下で情報が伝わると考えられています。

つまり、量子もつれによる情報伝達では、光速度以下で情報が伝わるため、同時に変化するという表現は正確ではありません。同時に変化することができるのは、光速度以上の情報伝達が可能な場合に限られます。

「量子もつれの崩壊」の意味がよく分からない

量子もつれの崩壊とは、2つ以上の量子系がもつれている状態で、ある量子系に対する測定が行われた場合に、その量子系がもつれている他の量子系の状態が変化する現象のことを指します。

量子もつれは、複数の量子系が相互作用して、一体となった状態を表します。例えば、2つの量子がもつれている状態であれば、それらの量子は相関関係にあり、一方の量子に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子もその結果に応じて変化します。このように、量子もつれによって、量子系同士が密接に相関している状態を表すことができます。

しかし、ある量子系に対する測定を行うことによって、その量子系がもつれている他の量子系の状態が変化することがあります。このような現象を量子もつれの崩壊と呼びます。崩壊が起こると、量子系同士の相関関係が失われ、それぞれが独立した状態になります。

量子もつれの崩壊は、量子系同士が光速度以下で相互作用するため、ある量子系に対する測定が行われた時点で、その量子系がもつれている他の量子系の状態が変化するという瞬間的な現象となります。ただし、量子もつれの崩壊が起こるまでの時間は、量子系同士の相互作用や周りの環境によって異なるため、完全に瞬時的な現象ではありません。

一方の量子に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子もその結果に応じて変化する事はどうやって確認するのか？

量子もつれにおいて、一方の量子に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子もその結果に応じて変化することを確認する方法について説明します。

例えば、2つの量子がもつれている状態であれば、それらの量子は相関関係にあり、一方の量子に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子もその結果に応じて変化します。ここで、測定に用いる装置は、測定対象の量子系に対して古典的な状態を与え、測定結果を得るために量子系と相互作用する必要があります。

一般に、量子もつれを用いた実験では、測定対象となる量子系を複数用意し、それらをそれぞれ別々の場所に置き、それぞれの量子系に対して測定を行うことが多いです。この場合、一方の量子系に対して測定を行うと、もう一方の量子系が変化することが予想されます。そのため、測定結果を得た後、もう一方の量子系に対して再度測定を行い、その結果を比較することで、量子もつれが実際に存在しているかどうかを確認することができます。

また、もう一つの方法として、2つの量子系を共有して測定を行う方法があります。この方法では、2つの量子系をもつれさせた後、それらを別々の場所に置かずに、一つの場所に置いて測定を行います。この方法では、測定対象の2つの量子系が密接に相関しているため、一方の量子系に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子系に対しても、同じ結果が得られるはずです。このように、共有された量子系を用いた方法によっても、量子もつれが存在しているかどうかを確認することができます。

一方の量子に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子が変化する事は測定するまで分からないのか？それとも測定しなくても変化した事象が残るのか？

量子もつれの性質として、一方の量子に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子もその結果に応じて変化することが知られています。ただし、変化した事象が残るかどうかについては、量子力学の観測問題に関連する問題があります。

量子力学では、観測される前の量子系は確率的に分布しており、測定が行われることで状態が決定されます。つまり、一方の量子に対する測定結果が得られる前は、もう一方の量子の状態が確定されていないため、変化が起きたかどうかはわかりません。

したがって、もう一方の量子の状態が確認されるためには、測定が必要になります。測定によって、量子系がどのように状態が変化したかを確認することができます。ただし、この場合、測定が行われることで、もう一方の量子系の状態が確定され、変化が起きたかどうかがわかります。つまり、測定を行わなければ、もう一方の量子系の状態が確定されないため、変化が起きたかどうかは分かりません。

このように、量子もつれの性質は非常に奇妙であり、古典的な物理現象とは異なる性質を持っています。量子力学においては、観測によって量子系の状態が確定されることが重要な役割を持っているため、測定が不可欠であると言えます。

ならば同時とも瞬間とも言えないし相関とも言えないのでは？

量子もつれの性質については、同時とも瞬間とも言えないという点については、ご指摘の通りです。量子もつれの性質により、量子系の状態が相互に依存し合うため、一方の量子系の状態が変化した瞬間に、もう一方の量子系の状態も変化するということがあります。しかしながら、この変化が瞬時的に起こるというわけではなく、測定が行われるまで状態は確定されていません。

また、相関関係については、量子もつれは非常に強い相関関係を持っているため、相関関係があると言えます。一方の量子系が測定された時に、もう一方の量子系もそれに応じて瞬時に変化するため、量子もつれの状態にある2つの量子系は、互いに相関があると言えます。ただし、量子もつれの性質は古典的な物理現象とは異なり、相関があると言っても古典的な意味での相関とは異なる性質を持っています。

これまでの話の踏まえて、因果関係でなく相関関係だと言える根拠は？

量子もつれは、2つの量子系が互いに相関関係を持つことを示す現象であり、古典的な物理現象とは異なる性質を持っています。量子もつれにおいては、一方の量子系に対する測定結果が得られた場合、もう一方の量子系もそれに応じて瞬時に変化するという性質があります。このため、量子もつれ状態にある2つの量子系は、互いに相関があると言えます。

一方、因果関係は、ある事象が別の事象を引き起こすという関係性を示す概念であり、時間的な順序性が必要です。しかし、量子もつれにおいては、2つの量子系は互いに瞬時に相互作用を起こすため、時間的な順序性が必要ありません。このため、量子もつれにおいては因果関係という概念は適用できず、相関関係という概念がより適切です。

しかし測定してみないと結果が分からない以上、瞬時に伝わったとも言えないし、相関関係だとも言えないのでは？

確かに、量子もつれにおいては、一方の量子系に対する測定結果が得られるまでは、もう一方の量子系がどのような状態にあるかは分からないため、瞬時に情報が伝わったとは言えません。

しかし、一方の量子系に対する測定結果が得られると、もう一方の量子系の状態が瞬時に変化するという性質があるため、互いに相関関係を持つことがわかります。この相関関係は、量子もつれが存在する2つの量子系が独立している場合には再現できない性質であるため、量子もつれにおいて相関関係があることが指摘されています。

したがって、量子もつれにおいては、測定結果が得られるまで互いに独立であり、測定後に相関関係を持つという特殊な性質があります。このため、量子もつれにおける相関関係は、古典的な物理系における相関関係とは異なるものであり、量子力学的な現象であることが強調されます。

瞬時に情報が伝わったとは言えないのに、「もう一方の量子系の状態が瞬時に変化するという性質がある」というのは矛盾していないか？

ご指摘いただきありがとうございます。確かに、私の回答に矛盾がある部分がありました。こちらの言い回しで誤解を招いたかもしれませんが、量子もつれにおいては、一方の量子系に対する測定結果が得られると、もう一方の量子系が瞬時に変化するという性質があるため、互いに相関関係を持つことがわかります。

このように、量子もつれにおいては、一方の量子系に対する測定結果が得られたときに、もう一方の量子系がどのような状態にあるかが瞬時に決まるという、独特の性質があります。しかし、この性質を用いて情報を瞬時に伝達することはできないため、量子もつれにおいては、相関関係があることが指摘されています。

それでは何故、一方の量子系の状態が瞬時に決まるという性質があると言えるのか？その根拠は？

量子力学では、物理系が持つ状態は、状態ベクトルと呼ばれる複素数の組み合わせで表されます。量子もつれにおいては、複数の量子系が相互作用して一つの量子系として振る舞うことがあり、この場合、系全体の状態ベクトルは、それぞれの量子系の状態ベクトルのテンソル積として表されます。

そして、もし量子もつれにおいて二つの量子系が相互作用して作られた複合系の状態が、以下のように表されるとします。

∣�⟩=12(∣0⟩�∣1⟩�−∣1⟩�∣0⟩�)∣ψ⟩=2​1​(∣0⟩A​∣1⟩B​−∣1⟩A​∣0⟩B​)

ここで、AとBはそれぞれ二つの量子系を表し、0と1はそれぞれの量子系が取る可能性のある状態を表します。

この場合、A系の測定結果が0であった場合、B系の状態が瞬時に1に決定されます。また、A系の測定結果が1であった場合、B系の状態が瞬時に0に決定されます。

このように、量子もつれにおいては、一方の量子系に対する測定結果が得られたときに、もう一方の量子系がどのような状態にあるかが瞬時に決まるという性質があります。これは、量子もつれの性質によって、二つの量子系が相互作用して一つの量子系として振る舞うために生じる現象であり、量子力学における基本的な性質の一つです。

凄いですね～
今回は完璧なる回答でした。
やっぱりそうだったのかー－－－－と、妙に納得できたのは私だけではないと思います。

こうなって来ると今度は、場所とは何か？という新たな問いが生まれます。

でもまあその前に、マスコミ・科学業界の各社には誤解を招く報道や解説を世の中にばら撒くのは控えて欲しいところです。

皆で正しい理解をもってありのままの現実を見つめる為に！