2025年4月28日月曜日

量子もつれ - Wikipedia

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量子もつれ

量子もつれ(りょうしもつれ、: quantum entanglement)は、一般的に「量子多体系において現れる、古典確率では説明できない相関やそれに関わる現象」を漠然と指す用語である。しかし、量子情報理論においては、より限定的に「LOCC(局所量子操作及び古典通信)で増加しない多体間の相関」を表す用語である。後者は前者のある側面を緻密化したものであるが、捨象された部分も少なくない。例えば典型的な非局所効果であるベルの不等式の破れなどは後者の枠組みにはなじまない。

どちらの意味においても、複合系の状態がそれを構成する個々の部分系の量子状態の積として表せないときにのみ、量子もつれは存在する(逆は必ずしも真ではない)。この複合系の状態をエンタングル状態という。量子もつれは、量子絡み合い(りょうしからみあい)、量子エンタングルメントまたは単にエンタングルメントともよばれる。

エンタングル状態の定義

エンタングル状態の非局所相関

注釈

出典

関連項目

Quantum entanglement visualized for the first time ever - Advanced Science News

Quantum entanglement visualized for the first time ever - Advanced Science News

Quantum entanglement visualized for the first time ever

Quantum physics, the realm of science that describes the Universe at the smallest scales, is known for its counter-intuitive phenomena that seem to defy every law of physics on an everyday scale. 

Arguably none of the aspects of quantum physics are as surprising or as troubling as entanglement, the idea that two particles can be connected in such a way that a change to one is instantly reflected in the other, even if the two particles are at opposite sides of the Universe. It's the word "instantly" that troubled Albert Einstein enough to describe entanglement as "spooky action at a distance". 

That's because when developing special relativity, Einstein introduced the concept that the Universe has a set speed limit — the speed of light in a vacuum — for the transfer of information. The instantaneous nature of the interaction between particles seems to work faster than light. And yet, as "spooky" as it may be, in the around 100 years since its inception, entanglement has been proven to be a real aspect of the Universe. 

A new development will help cement the "realness" of quantum entanglement even more. A team of researchers from the University of Ottawa and the Sapienza University of Rome have demonstrated a novel technique that allows the visualization of an entangled pair of photons  —  particles of light. More accurately, what the scientists have manifested and what they describe in a paper published in Nature Photonics is the wavefunction of this quantum system.

"In our context, we refer to wavefunction as a spatially resolved specification of the state of a quantum system. It tells us everything we can know about the quantum system of interest," said University of Ottawa postdoctoral fellow Alessio D'Errico. "More precisely, the wavefunction allows us to calculate the probability of any measurement outcome. 

"In the case of two entangled photons, knowing the wavefunction will tell us what is the probability of finding, at the same time, one particle in point A and the other particle in point B."

Entanglement and holography

D'Errico explained that the team's work was founded on the technique of digital holography, a process that is commonly used to retrieve the shape of 3D objects from scattered light and to reconstruct the phase of laser beams. 

Holographic techniques like this rely on the fact that light can be modeled as a wave, and when two waves overlap and are "in phase", where a peak means a peak or a trough meets a trough, this feature of the wave is amplified — a phenomenon called constructive interference.

But, when the light waves are out of phase, a peak meets a trough, and the features cancel each other out  —  this is called, predictably maybe, destructive interference. 

The inference pattern that results from the overlapping of two light waves —  one known (a reference wave) and the other unknown  —  can give information about the unknown wave, allowing it to be reconstructed. This means that holographic techniques can reconstruct a 3D object from 2D images. The team extended the technique of digital holography to solve the problem of reconstructing the state of two entangled photons.

"Our idea was about finding a way to understand the phase and intensity of a 'wave' made of only two entangled photons. To do this, we realized that we needed an appropriate reference wave, and the best one is another two-photon state, which, of course, we have to assume to know perfectly," D'Errico said. "This reference wave can be obtained from standard well-studied sources. The next step is superimposing the two waves in such a way that, on the measurement stage, we cannot tell which source each photon is coming from."

The team found that the information about the unknown source wasn't encoded in the intensity distribution of the two superimposed waves but was locked up in the distribution of the coincidences. 

"Coincidence images tell us where photon pairs arrive on a detector at the same time," D'Errico added. "The analysis was allowed by a new camera technology where each pixel can give us not only the number of detected events but also track their arrival time with a resolution of one 1000000000th of a second (a nanosecond), which is enough to detect 'coincident' photons."

The resultant image of the wavefunction of these entangled photons is strongly reminiscent of a Yin and Yang symbol, which in Chinese culture represents the concept of interconnected forces. The work has far more value beyond mere aesthetics, however. It also has implications for quantum technologies like quantum computers that rely on wavefunctions and entanglement to operate.

"Any quantum technology that is based on the generation and transformation of the state of two or more particles will have to be tested by measuring the wavefunction of the final state," D'Errico concluded. "This technique has also the potential to inspire new imaging techniques that go beyond the resolution limits of classical optics."

Reference: Zia. D., Dehghan. N., D'Errico. A., et al, Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton states, Nature Photonics, (2023), DOI: 10.1038/s41566–023–01272–3

Feature image credit: Biphoton state holographic reconstruction. Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01272-3

量子もつれが初めて可視化 - 高度な科学ニュース

量子もつれが初めて可視化 - 高度な科学ニュース

Quantum entanglement visualized for the first time ever

宇宙を最小のスケールで記述する科学の領域である量子物理学は、日常のスケールですべての物理法則に逆らうように見える直感に反する現象で知られています。

の側面は、たとえ2つの粒子が宇宙の反対側にあるとしても、ような方法で2つの粒子が接続できるという考えである絡み合いほど驚くべきものや厄介なものはありません。アルバート・アインシュタインが絡み合いを「遠くでの不気味な行動」と表現するのに十分なほど悩ませた「インスタント」という言葉です。

それは、特殊相対性理論を開発する際に、アインシュタインが、宇宙には情報の伝達のための制限速度(真空中の光の速度)が設定されているという概念を導入したからです。粒子間の相互作用の瞬間的な性質は、光よりも速く機能するようです。それでも、「不気味」であるかもしれませんが、その始まりから約100年の間に、絡み合いは宇宙の本当の側面であることが証明されています。

新しい開発は、量子絡み合いの「現実性」をさらに固めるのに役立つだろう。オタワ大学とローマのサピエンツァ大学の研究者チームは、絡み合った光子のペア、つまり光の粒子を視覚化できる新しい技術を実証しました。より正確には、科学者がNature Photonicsに掲載されで明らかにし、説明していることは、この量子システムの波動関数です。

「私たちの文脈では、波動関数は量子システムの状態の空間的に解決された仕様と呼んでいます。オタワ大学のポスドクフェローであるアレッシオ・デリコは、「関心のある量子システムについて私たちが知ることができるすべてを教えてくれます。「より正確には、波動関数により、測定結果の確率を計算することができます。

「2つの絡み合った光子の場合、波動関数を知ることで、同時に1つの粒子がポイントAで、もう1つの粒子がポイントBで発見される確率がわかります。」

絡み合いとホログラフィー

D'Erricoは、チームの仕事はデジタルホログラフィーの技術に基づいていると説明しました。これは、散乱光から3Dオブジェクトの形状を取得し、レーザービームの位相を再構築するために一般的に使用されるプロセスです。

このようなホログラフィック技術は、光を波としてモデル化できるという事実に依存しており、2つの波が重なり合って「位相」であるとき、ピークがピークを意味するか、谷が谷が出会う場合、波のこの特徴が増幅されます。これは建設的干渉と呼ばれる現象です。

しかし、光波が位相から外れ、ピークが谷に出会い、特徴が互いに打ち消すとき、これは、予想通り、おそらく破壊的な干渉と呼ばれます。

2つの光波(1つは既知(基準波)、もう1つは未知)の重なりから生じる推論パターンは、未知の波に関する情報を提供し、再構築することができます。これは、ホログラフィック技術が2D画像から3Dオブジェクトを再構築できることを意味します。チームは、2つの絡み合った光子の状態を再構築する問題を解決するために、デジタルホログラフィーの技術を拡張しました。

「私たちのアイデアは、たった2つの絡み合った光子から作られた「波」の位相と強度を理解する方法を見つけることでした。これを行うには、適切な基準波が必要であることに気付きました。最良のものは、もちろん、完全に知っていると仮定しなければならない別の2光子状態です」とD'Erricoは言いました。「この基準波は、よく研究された標準的なソースから得ることができます。次のステップは、測定段階で、各光子がどの光源から来ているかがわからないような方法で、2つの波を重ね合わせることです。

チームは、未知のソースに関する情報は、重なった2つの波の強度分布でエンコードされていないが、偶然の一致の分布でロックされていることを発見しました。

「偶然の画像は、光子のペアが検出器のどこに同時に到着するかを教えてくれます」とD'Erricoは付け加えました。「分析は、各ピクセルが検出されたイベントの数だけでなく、1000000000分の1秒(ナノ秒)の解像度で到着時間を追跡できる新しいカメラ技術によって許可されました。これは「偶然」光子を検出するのに十分です。」

これらの絡み合った光子の波動関数の結果的なイメージは、中国文化で相互接続された力の概念を表す陰と陽のシンボルを強く彷彿とさせます。しかし、この作品は単なる美学よりもはるかに価値があります。また、波動関数や絡み合いに依存する量子コンピュータのような量子技術にも影響します。

「2つ以上の粒子の状態の生成と変換に基づく量子技術は、最終状態の波動関数を測定することによってテストする必要があります」とD'Erricoは結論付けました。「この技術は、古典的な光学系の解像度の限界を超える新しいイメージング技術を刺激する可能性もあります。」

参照:ジア。D.、デガン。N.、D'Errico。A.、他、空間バイフォトン状態の振幅と位相の干渉イメージング、Nature Photonics、(2023)、DOI:10.1038/s41566–023–01272–3

特徴画像クレジット:バイフォトン状態のホログラフィック復元。ネイチャーフォトニクス(2023)。DOI:10.1038/s41566-023-01272-3

Rogan: Photons and the Yin-Yang Connection

光子 量子




元動画:
https://www.instagram.com/reel/DI7YI50zL37/
https://www.instagram.com/yuccoching

2025年4月27日日曜日

「水道水が飲めるのは、世界でたった9か国」日本以外だと、どこが飲める? - ライブドアニュース

「水道水が飲めるのは、世界でたった9か国」日本以外だと、どこが飲める? - ライブドアニュース

ID:3Yd4h1gh9
「水道水が飲めるのは、世界でたった9か国」日本以外だと、どこが飲める? 

「水道水がそのまま飲める」って実はすごい 
 地球上には約14億㎦もの水が存在しますが、そのうち97.5%は海水です。残りは陸水が2.5%と、わずかな水蒸気(全地球の水の0.001%未満)です。その2.5%の陸水を分類すると、氷雪・氷河が68.7%、地下水が30.1%、地表水が2.2%です。氷雪・氷河の大部分は南極とグリーンランドにありますから、生活水には利用できません。ちなみに、グリーンランドはデンマークの自治領です。 

水道水がそのまま飲めるのは、世界で9カ国しかない 
 国土交通省によれば、「国土全体において水道水を安全に飲める国」は世界に9カ国しかありません。フィンランド、スウェーデン、アイスランド、オーストリア、ノルウェー、デンマーク、オランダ、ニュージーランド、日本です。日本は、水道水がそのまま飲める数少ない国の1つなのです。 

 日本は水資源が豊富な国なのです。日本人は「水と安全はタダ」と当たり前に思っていますが、世界の多くの国ではそうではありません。日本列島が自然から与えられた「土台」なのであり、これは感謝すべきことといえるでしょう。 

詳細はソース 2025/4/27 
https://news.livedoor.com/article/detail/28642109/

https://news.livedoor.com/article/detail/28642109/

「水道水が飲めるのは、世界でたった9か国」日本以外だと、どこが飲める?

「水道水が飲めるのは、世界でたった9か国」日本以外だと、どこが飲める?
「経済とは、土地と資源の奪い合いである」
ロシアによるウクライナ侵攻、台湾有事、そしてトランプ大統領再選。激動する世界情勢を生き抜くヒントは「地理」にあります。地理とは、地形や気候といった自然環境を学ぶだけの学問ではありません。農業や工業、貿易、流通、人口、宗教、言語にいたるまで、現代世界の「ありとあらゆる分野」を学ぶ学問なのです。
本連載は、「地理」というレンズを通して、世界の「今」と「未来」を解説するものです。経済ニュースや国際情勢の理解が深まり、現代社会を読み解く基礎教養も身につきます。著者は代々木ゼミナールの地理講師の宮路秀作氏。「東大地理」「共通テスト地理探究」など、代ゼミで開講されるすべての地理講座を担当する「代ゼミの地理の顔」。近刊『経済は地理から学べ!【全面改訂版】』の著者でもある。

「水道水がそのまま飲める」って実はすごい

 地球上には約14億㎦もの水が存在しますが、そのうち97.5%は海水です。残りは陸水が2.5%と、わずかな水蒸気(全地球の水の0.001%未満)です。その2.5%の陸水を分類すると、氷雪・氷河が68.7%、地下水が30.1%、地表水が2.2%です。氷雪・氷河の大部分は南極とグリーンランドにありますから、生活水には利用できません。ちなみに、グリーンランドデンマークの自治領です。

 20世紀は自動車や航空機が登場したことにより、石油を巡る争いが絶えませんでした。まさしく20世紀は「石油の世紀」でした。しかし21世紀は「水の世紀」です。世界の大河川では、上流での水需要が多くなり、下流で水が枯渇し始めるなど、水の利用を巡って争いが起きています。

水道水がそのまま飲めるのは、世界で9カ国しかない

 国土交通省によれば、「国土全体において水道水を安全に飲める国」は世界に9カ国しかありません。フィンランド、スウェーデン、アイスランドオーストリアノルウェーデンマーク、オランダ、ニュージーランド、日本です。日本は、水道水がそのまま飲める数少ない国の1つなのです。

 日本は、ユーラシア大陸の東に位置しているため偏西風の影響が弱く、モンスーンの影響が強い国です。そのため年間降水量は世界平均の2倍以上です。また島国であるため、隣国と水資源を巡る争いは基本的に存在しません。

 日本は水資源が豊富な国なのです。日本人は「水と安全はタダ」と当たり前に思っていますが、世界の多くの国ではそうではありません。日本列島が自然から与えられた「土台」なのであり、これは感謝すべきことといえるでしょう。

(本原稿は『経済は地理から学べ!【全面改訂版】』を一部抜粋・編集したものです)

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