すでに存在しているとされる量子コンピュータがあるにもかかわらず、なぜ誰も、不透明な物体の代わりに量子ビットを使用して、Kwiat らによる 1999 年の量子ゼノ実験を繰り返さないのでしょうか。
条件付き位相ゲート (または分散読み出し) を使用しないのはなぜですか? 不透明な物体（遮断/吸収する）から複屈折物体（位相をシフトする）に切り替えることで、「生存テスト」（Zeno）から、デコヒーレンスに対してはるかに堅牢な「干渉テスト」に移行できます。 1. ピボット：「壁」から「レンズ」へ オリジナルのKwiat/Zenoの実験では、「爆弾」（観測者$P$）は壁として機能します。 メカニズム: 光子を止める（吸収する）か、通過させるかのいずれかです。 問題：物体が重ね合わせ状態にあることを証明するには、光子が「危険領域」（$N \to \infty$）を何度も通過する必要がある。不完全性は損失につながり、崩壊を模倣する。 「爆弾」を複屈折レンズに置き換えてみませんか? メカニズム: オブジェクトは、光子が両方の状態で通過できるようにしますが、オブジェクトの状態に応じて、特定の位相シフトまたは偏光回転で光子に「タグ」を付けます。 オブジェクトが$|\uparrow\rangle$の場合: 光子は位相$+\phi$で通過します。 オブジェクトが$|\downarrow\rangle$の場合: 光子は位相$-\phi$で通過します。 結果：光子は決してブロックされず、常に通過し、システムは凍結するのではなく、エンタングルメント状態になります。 2. エンジニアリング上の課題の克服 A. 「低N」の解決（シングルショットソリューション） ゼノ効果は、状態を「凍結」するのに$N \approx 20-100$サイクルを必要とします。複屈折セットアップでは、$N=1$（1回のパス）で十分です。 オブジェクトの進化を凍結する必要はなく、相関関係を把握するだけで済みます。 光子が一度相互作用すれば、位相情報を伝達します。これにより、実験時間はマイクロ秒からナノ秒へと短縮され、「デコヒーレンスクロック」に打ち勝ちます。 B. 「低相互作用」（弱い測定）を解決する ゼノの実験では、「爆弾」の不透明度が50%しかない場合、実験は失敗します。この実験では、相互作用が弱い場合（例えば、位相シフトが微小、例えば$10^\circ$）でも、実験は成功します。 干渉法：出力光子を参照ビームと混合します。わずかな位相シフトでも、干渉パターンに検出可能な変化が生じます。 弱い値: 実験を何度も繰り返すことで、弱い相互作用の場合でも、重ね合わせの干渉パターンと古典的な混合物のパターンを統計的に区別できます。 C. 「低イータ」の解決（ヘラルド戦略） これが最も重要な部分です。検出器が反応したにもかかわらず、「高い信頼性で」情報を復元できるでしょうか？ 解決策：Heralding（事後選択）を使用します。パスの終点に検出器を配置し、検出器が実際にクリックしたデータのみを分析します。 結果: 生き残った光子が量子ビットと相関する干渉縞を示す場合、それらの特定のイベントについては重ね合わせがそのまま維持されていることが証明されました。 注意：これは多くの人を納得させるかもしれません。しかし、頑固な信者に対してRQMを「完全に立証」するものではありません。懐疑論者は依然として検出の抜け穴について反論するかもしれません。「崩壊は確かに起こった！失われた光子の50%（低イータ）で起こったのだ。あなたは生き残った光子だけを見せているだけだ。」この抜け穴を完全に塞ぐには、依然として高い効率（$\eta > 82\%$）が必要ですが、複屈折方式はZeno方式よりもこれを達成する可能性がはるかに高くなります。なぜなら、光を透明な結晶に通す方が、鏡で反射させるよりも本質的に損失が少ないからです。 3. 具体的な実験構成 この概念を実現するために、古典的な意味での「偏光子」は使用しません。この種の「メソスコピック重ね合わせ」の有力候補である回路QED（超伝導量子ビット）を使用します。 セットアップ: 観察者 ($P$): マイクロ波空洞内の Transmon Qubit (肉眼で見える人工原子)。 これを重ね合わせで用意します: $\frac{1}{\sqrt{2}}(|g\rangle + |e\rangle)$。 システム ($S$): マイクロ波光子パルス。 複屈折 (分散シフト): 共振器を分散領域に調整します。 Qubit が $|g\rangle$ の場合、キャビティは実質的に「屈折率 A」を持ちます。 Qubit が $|e\rangle$ の場合、キャビティの屈折率は「B」になります。 検出器: 重要な訂正：検出器を「物体の位置」に配置するとおっしゃいましたが、これでは重ね合わせが崩れてしまいます。その代わりに、検出器は空洞の後方に配置します。 反射された光子の位相を測定し（ホモダイン検出）、次に量子ビットの状態を測定します。 弁明： 光子の位相と量子ビットの状態の間にベル相関が見られるかどうかを調べます。これらの相関が見られれば、光子が量子ビットに当たった際に量子ビットが古典状態に「崩壊」したのではなく、光子と量子もつれの重ね合わせ状態になったことが証明されます。 この実験は今日では技術的に実行可能であり、ロヴェッリが想像した「高度な実験」の最有力候補である。