現代のアリスは、量子の不思議の国を探検するために、鏡をワームホールと交換します

(図 Wormhole ウィキメディア経由CC3.0 クレジットAlain r)

(Fig.) アーティクル・イメージ　　科学者達は次の可能性を探っています。宇宙のブラックホールのペアは、量子もつれのミステリー関係しているかもしれない時空のトンネル、ワームホールにより接続できます。

ブラックホールともつれのリンクは実験室でシミュレートできると、新たな論文が提示

もしも、ルイス・キャロル(Lewis Carroll)氏が今日生きていたのならば、彼は鏡を気にしないでしょう。彼の本は、ワームホールを通るアリス(Alice Through the Wormhole)と呼ばれるでしょう。

Alice in Wonderland and Through the Looking-Glass - Wikipedia

数学者だったキャロル氏(別名チャールズ・ドジソン(Charles Dodgson)(a) )は、量子物理学での最新の進展で、最新を維持していたでしょう。彼は間違いなく、ブラックホール(black holes)と量子の奇妙さを結びつける最新のアイデアをテストための、実験室でのワームホールを創ること(または少なくともシミュレーション)へのアイデア(b)を説明する新たな論文に興味をそそられるでしょう。

(a) Charles Lutwidge Dodgson
(b) Teleportation Through the Wormhole | ArXiv

キャロル氏はこれを見て特にうれしいでしょう、小さなアリスは成長して量子物理学者になり、ボブ(Bob、その架空の先駆者はまだ特定されていません)という名前の誰かと共同研究します。アリスとボブは、量子暗号(quantum cryptography)や量子もつれ(quantum entanglement)などのミステリーの(架空の)主要な研究者です。彼らは特に、次の量子テレポーテーション(quantum teleportation)に熟練しています。量子粒子を再建するために必要な情報を、ある研究室(アリスの)から別の研究室(ボブの)に転送できます。

量子粒子(典型的には、光の粒子の光子）をテレポートすることは、[TVシリーズ、スタートレックの]エンタープライズ(Enterprise)号から、危険の待ち受けている惑星の表面にカーク船長(Captain Kirk)をテレポートすることに満たない数世紀[先]の科学です。しかし、概念的な基礎は、現在、制定されています。物理学のオンライン・アーカイブに投稿された新たな論文は、実際に、次のスキームを提案します。アリスが人(何らかの理由でトム(Tom)という名前)を、－ワームホールを通って－ボブにテレポートを許可します。

通常、ワームホール(もしも、それらが存在するのならば)は、時空(spacetime)の離れた領域を接続します。それら[ワームホール]は、銀河系間のハイパーループ(Hyperloop)旅行には役立ちません、ワームホールに何かが入ると、ワームホールが崩壊するからです。しかし、近年の多くの研究は次の提示をしています。そのような時空トンネルは2つのブラックホールをつなぐかもしれません、その場合、例え肉体的、感情的、または経済的にうまくいきそうでなくてさえ、それらを通る移動は想像がつくようになります。

ハイパーループ - Wikipedia

ブラックホールの間のワームホールの移動は、アリスとボブの専門の1つの、量子もつれのために想像がつきます。量子宇宙(あなたが住んでいる宇宙のような)では、相互作用する粒子は、それらが単一の「量子状態(quantum state)」で存在するような方法で「もつれ合う」ことができます。そのような状態で、粒子の1つで実行された測定は、2番目の粒子がどんなに離れていても、他の粒子についての情報を現わせます。この気味の悪いつながりを説明することは難しいです。一部の理論は次のを提案することにより、ミステリーを和らげるようです。もつれ合った粒子は、ワームホールにより接続されています(c)。

技術用語では、この接続は「方程式」ER=EPR により示されます。 ERはアインシュタインとローゼンの略で、ワームホール(別名、アインシュタイン=ローゼン・ブリッジ(Einstein-Rosen bridges) )を説明する独創的な論文を書いた2人の物理学者です。 EPRは、アインシュタイン、ポドルスキー(Podolsky)、ローゼンの略です(はい、同じローゼン－そして同じアインシュタインです)、量子もつれを(主にそれについて不平を言うために)説明する初期の論文を書いた3人の物理学者です。

もしも、ER = EPR の基本的な考え方が正しいのならば、(数ある中でも)スタンフォード大学(Stanford)の物理学者レオナルド・サスキンド(Leonard Susskind)氏が一連の興味深い論文で議論したように、人々がワームホールを通過する可能性はとても高いでしょう。事実として、サスキンド氏は次の主張をしています。ワームホールによりリンクされた2つのもつれ合ったブラックホールに、アリスとボブが飛び込むことにより、アリスとボブは ER=EPR を簡単に証明できます。アリスとボブはワームホールの真ん中で会い、それにより ER=EPR 理論を検証し、そしてノーベル賞を受賞します。次の、わずかな思わぬ障害を除きます。彼らがワームホールから出られなかった(または、メッセージを送ることすらできなかった)、それで、アリスとボブがついに本人同士が会った(か、または彼らがまったく会っていないか)物事がどのように進んだのか、これまで誰も知りません。彼らは、内部からの信号が逃げることができない表面、ブラックホールの事象の地平線(event horizons)の後ろに永遠に隠されます。

サスキンド氏とジャオ(Zhao)[趙]氏は、実験室でもつれ合ったブラックホールをまねることは可能だと言います。アリスとボブは、彼らの将来を危険にさらす必要はありません－彼らは、トムが生き残ったかどうかを確認するために、実験室で創ったワームホールにトムを送れます。「量子テレポーテーションと、もつれ合ったブラックホールがアインシュタイン=ローゼン・ブリッジで接続されているという考えを組み合わせることは、次の含意になります。ER=EPR は原理として、自分自身が[事象の]地平線を越えることのない観測者により、テストできます」と、サスキンド氏とジャオ氏は断言します。

いいですか、トムは実際にはこの計画に参加している人物ではありません；彼はテレポート対象者(teleportee)の象徴に過ぎません。テレポート対象者は単純に、アリスがボブに送りたい量子情報を含む粒子の光子であり得ます。 (例えば、このような光子には、ボブが実行している計算に対しての重要な情報が含まれているかも知れません。) アリスは、光子の情報を単純に測定し、それを書き留めて、ボブに電子メールで送れません。光子を見ることは、複数のあり得る測定結果を単一の明確な状態(たとえば、上向きにスピン(spin)します)に減らします。ボブは、量子情報をかなり豊富にする複数の可能な結果を保持する粒子が必要です。

ただし、もしもボブとアリスが以前にもつれ合った光子のペアを共有しているのならば、総ての粒子の量子情報はテレポートできます。アリスは、彼女のもつれ合った光子がトム(テレポート対象者の光子)と相互作用することを許可し、結果を記録します。 (このプロセスは、テレポート対象者を破壊します！) そうして、アリスは、ボブに電話をするか、または結果とともに彼にテキストで送信します。そうして、ボブは、彼のもつれ合った光子について操作を行えます。これは、トムを元の状態に戻す効果があり、(比喩的に)彼を生き返らせます！

もしも、ER = EPR が正しいのならば、トムは実際には死んでいませんが、しかし実際に、ボブとアリスのもつれ合った光子をつなぐワームホールを通り抜けました。徹底的に精巧な数学的な実証で、サスキンド氏とジャオ氏は、これがどのように働くのかを描写しています。重要なのはこうです、量子情報をテレポートするプロセスには、標準チャネルを通る通常の情報のコミュニケーションが必要です：情報の1量子ビット(またはキュービット(qubit) )をテレポートするために、アリスはボブに少なくとも2つの通常の情報を、ある種の光より遅い信号により送信する必要があります。そうなので、一部の一般的な誤解が提示するように、離れた場所で「瞬間の(instantaneous)」気味の悪い振る舞いはありません。

量子ビット - Wikipedia

サスキンド氏とジャオ氏は次のことを認めています。アリスとボブが適切に接続された2つのブラックホールを見つけるために、宇宙をこれまでに冒険することは、ほとんどさなそうで、トムという名前の誰かに一緒に来るために説得することは言うまでもありません。しかし、そのようなペアのブラックホール取り合わせの、実験室の複製を想像することは可能です。おそらく一部の賢い物性物理学者(condensed matter physicists)達は、仕事に必要な適切に奇妙な重力時空幾何学をまねる、2つの「物質の大きな殻(large shells of matter)」を工夫できます。これらの殻はワームホールにより接続されます、それで、アリスとボブは飛び込み(彼らは「殻を形成する物質と融合する」必要があります)、そして「通常の時空の外のどこかの場所で」会うことができました。しかし、彼らは依然として、外の世界の誰にも、彼らの成功を知らせることができないでしょう。アリスは、彼女が彼[トム]をボブへテレポートできるように、シェルの1つと合わさるためにトムを誘導する必要があります。

「トムが、ボブの殻から…出てきたとき、彼は遭遇した何もかもを思い出し、そして彼が本当にワームホールを通過したことを確認できます。」と、サスキンド氏とジャオ氏は力説します。

一方で(そして、これはより将来有望なようです)、2台の量子コンピュータは、ワームホールの移動をシミュレートするためにもつれることができます。実在の人物をシミュレーションすることは、想像できない範囲の巨大なメモリ・ストレージ容量の量子コンピュータを必要とします。けれども、100キュービットの量子コンピュータ(現在の実験室で利用可能などんなものよりも遥かに大きいが、しかし、考えられる)では、10キュービットのテレポート対象者をワームホールから送れます。テレポート対象者の初期状態のわずかな変動は、ワームホールの状態にどのように反応したかをコンピュータが検出できるようにします。これによって、ワームホールの存在を実証するために必要な証拠を提供することで、ER=EPR [が成り立つこと]を確認します。

「ワームホールを通る実験室のテレポートへの、原理的な障害は無いようです」とサスキンド氏しジャオ氏は述べます。「一見したところでは、これはやや空想的ですが、しかし実験室が ER = EPR の量子重力の世界の一部なことを考えると、結論は不可避なようです。」

----- 出典 -----

www.sciencenews.orgaltmarius.ning.com

----- 2017/08/02公開の記事を読んで -----

現代のアリスは、量子の不思議の国を探検するために、(鏡の国のアリスの)鏡をワームホールと交換します...

こんなたとえ話のような解説となっており、量子もつれの説明として、ワームホールの存在を予想しています。そうだとすると、宇宙の至る所にワームホールが在ることになりそうです。

ワームホールの概念の説明は次の図です。

2次元の平面宇宙を考えます。2次元平面を(3次元空間内で)折り畳み、緑のショートカットを作ります。ショーカットの場所は丸い穴(の筒)のようになります。