レッスン3：エンタングルメント

CNOTゲートで作る「量子もつれ」。測定すると相手の結果が即座に決まる不思議を体験する

エンタングルメント（量子もつれ）

2 つの Qubit が 「手をつないで」 いる状態を エンタングルメント（量子もつれ） といいます。 この 2 つの Qubit は、一方を測ると、たとえ遠く離れていても、もう一方の状態が即座に決まるという不思議な性質を持ちます。

ベル状態

2 つの Qubit を次の回路のように組むと、ベル状態という「もつれた」状態ができます。 計算結果は 00 と 11 のどちらかだけ。決して 01 や 10 にはなりません。

Tip

見てみよう - ヒストグラムの棒は 00 と 11 だけ。01 や 10 は一切出ません。 - つまり「2 つのコインは 両方とも表 か 両方とも裏」のどちらか。必ず同じ向きです。 - 測定回数を増やすと、00 と 11 の回数がどんどん 50%:50% に近づきます。

「手をつないだコイン」のシミュレーション

紙コインの実験を、数値で再現しましょう。 2 枚のコインを「必ず裏表が逆になるように」結びつけた状態を用意します。

この例では、qubit0 と qubit1 は常に「逆」向き、つまり 01 と 10 しか出ません。

Note

片方のコインが「表(0)」だったら、もう片方（遠くにあっても！）は必ず「裏(1)」。 量子コンピュータでは、こうした結びつきが計算を高速化する「道具」になります。

まとめ

  • エンタングルメントは、複数の Qubit が「手をつないで」、測定が互いに即座に影響し合う状態。
  • もつれた 2 つは、必ず『同じ』か『逆』という関係を持つ。
  • アインシュタインが「不気味な遠隔作用（spooky action at a distance）」と呼んだ現象。

次は、量子計算の基本操作である 量子ゲート を整理しながら、X・Z・CNOT の働きを詳しく見ます。