取材のために研究室にお邪魔したのは、ちょうど昼休みを終えて午後の研究が開始される頃。「理論家」の研究室は、どんなところだろう。少々緊張しながら入室すると、何やらホワイトボードの前で学生とディスカッションする湯浅先生の姿が。
「物理学者で理論家というと、一人部屋にこもり、机に向かって黙々と難しい計算をしているというイメージがあるかもしれませんが、そんなことはありません。ディスカッションすることが大切で、そのなかから新しいアイデアや問題に対する突破口を見つけていきます。」と湯浅先生。その表情は終止柔和で、学生たちともフランクに接している様子。何より印象的だったのが、研究が好きでたまらいという思いが伝わってくるところだ。量子力学は不思議に満ちあふれていて、その不思議さを解明する面白さは他にはない、と。そんな「爽やかな理論家」に話を聞いた。

量子力学の可能性を追究する

肉眼では見えないミクロの世界では、常識的な感覚では理解できない不思議な現象が起こっています。その一例をイメージしてもらうために必ず見せるのが、リンク1※の絵です。これはチャールズ・アダムスによるイラストで、量子力学の世界を端的に、面白く表現した絵としてよく知られています。滑降するスキーヤーのスキー板の軌跡がおかしいでしょう？普通に考えるとありえないことですが、量子力学の世界ではこのようなことが実際に起こっているのです。不思議で、ある意味では非常識な世界ですが、私たちの暮らす自然界でこのようなことが起きているのだと思うと、面白くて仕方がありません。量子力学は、その「不思議」を説明する理論です。そして最近は、そんな量子力学の不思議な法則、現象をうまく利用することで従来の技術の限界を超えようとする「量子技術」、特に、「量子情報技術」の可能性を追究する研究が精力的に進められています。

※リンク1 ニューヨークタイムズのWEBサイトへ

量子力学を紐解く上で重要なキーワードの一つに「エンタングルメント」があります。日本語では「量子もつれ状態」などと訳されています。例えば、AとBという2つの粒子 (原子や電子、光子のようにとても小さな粒子) があり、それぞれが2種類の状態 "白" と "黒" を取りうるものとします。そして、Aが白であればBは黒、逆にAが黒であればBは白というように、一方の状態に応じて他方の状態が異なる複数の状況が、同時に実現している状態 (重ね合わせ状態) を、量子力学的にもつれている状態＝エンタングルメントといいます。実は、量子力学の世界では、白or黒ではなく、白and黒という状態も可能です。白であり同時に黒でもある状態などと言ったりします。これが「重ね合わせ状態」で、リンク1のスキーヤーが樹の両側を通る絵がそれを表現しています。AとBがエンタングルしている場合、Aを持つ人が、それが白なのか黒なのかではなく、白and黒であるかどうかを確認する実験を行うと、その結果に応じてBの状態も白and黒の状態になり、Bを持つ人がBに対して行う実験の結果も影響を受けます。つまり、Aを持つ人がAに対してどのような観測を行うかが、Bを持つ人の手元の観測結果に影響を及ぼすのです。AとBが離れたところにある場合も同じです。AとBの間で何かをやり取りしたからではありません。手元の実験の結果が、遠くにいる人が密かに決断する実験の仕方の影響を受けるのです。