暗い部屋で懐中電灯をつける。
するとどんなことが起こるかは、
簡単に予測できるだろう。
懐中電灯から、
それが向けられた方向へと光が一直線に走る。
そんなの当たり前じゃない？
あなたはそう思うかもしれない。
私たちが日常的に目にする世界では、
光は、
はっきり1本の経路を進む（ように見える）からだ。
ところが、量子力学の世界には、
もっと奇妙な現実が存在する。
原子レベルで見ると、
光は一直線に進むものばかりではない。
光の粒子は、
同時にあらゆる経路をたどる。
確かに一直線の経路もあるが、
壁にぶつかって跳ね返ったり、
曲がりくねて進んだり、
大きく迂回してから最終点にたどり着く粒子もある。
つまり、
自然はこうした可能性を全て同時に
「生かして」いる。
それが1つの結果として現れるのは、
光が「観測」された測定後のことだ。
そこで観測された経路（通常は直線だ）は、
ほかの全ての経路が相互作用した後の、
最も確率の高い結果にすぎない。
そんなことはあり得ないと思うかもしれないが、
それが量子力学の中核を成す概念だ。
こうした奇妙な量子効果を活用すれば、
全く新しいタイプのマシン、
すなわち量子コンピューターをどう
構築できるかを理解する手掛かりになる。
重ね合わせ
日常的な感覚として、
物理学はとても分かりやすい。
テニスボールはテーブルの上にあるか、
ないかのどちらかだし、
電灯はついているか、
消えているかのどちらかだ。
別の部屋にいて分からなくても、
物体は既に一定の状態にある。
量子力学は、
こうした「通常の」ルールに沿っていない。
量子力学の法則では、
誰かが観測するまで、
結果は定まっていない。
全ての物質は非常に小さな粒子から成っている。
その粒子は常に激しく動き回っており、
特定の状態に定まっていない。
つまり現実そのものが定まっていないのだ。
電子や光子や原子といった粒子は、
複数の状態を同時に持つ
「重ね合わせ」の性質を持つ。
有名な思考実験「シュレーディンガーの猫」は
その代表例だろう。
量子デバイス（放射性物質とガイガー
計数管を使用した装置）と、
装置が作動すると割れる毒入り瓶と
共に箱に密閉された猫は、
誰かが確認（測定）するまでは、
生きていると同時に死んでいるという
「重ね合わせ」だ。
奇妙に感じられるかもしれないが、
この重ね合わせは量子力学の実験では
繰り返し確認されている。
ただ、
こうした量子の状態は非常に壊れやすい。
熱や振動、浮遊磁場、
他の粒子との偶発的な接触など、
環境との相互作用によって
重ね合わせが壊れると、
同時に存在していた複数の状態が
1つの確定した状態になる。
物理学では、
このプロセスは「デコヒーレンス」と呼ばれる。
量子の世界はよく、
コイントスになぞらえられる。
コインが空中で回転しているときは、
最終的に表が出るか、
裏が出るかは分からない。
どちらの結果もあり得る。
量子力学でも、
1つの粒子は同時に複数の状態で存在する。
そして測定がなされたとき初めて
特定の結果を「選択」する。
このように確率的に広がって
いた状態が、
観測の瞬間に1つに確定するプロセスは
「収縮」と呼ばれるが、
その理由はまだ解明されていない。
音楽のストリーミング配信を思い起こしてほしい。
サービスを利用するまでは、
さまざまな曲はデータで存在していて、
どの曲でも聴くことができる。
しかし再生ボタンを押した瞬間に、
耳にするのはそのうちの1曲だけになる。
量子力学において、
粒子の測定がもたらす効果は、
これに似ている。
量子もつれ
