Name: 自然が量子物理学者を悩ませる問題をすでに解決している可能性 | ジム・アル＝カリリ (Nature may have already solved the problem stumping quantum physicists | Jim Al-Khalili)
Uploaded: 2026-03-10T18:10:55.000Z
Duration: 13 min 58 s
Description: VoiceTubeの動画で発音を聞きながら英語表現を覚えよう！学べる英語：

My name is Jamal Khalili and I'm Emeritus professor of Physics at the University of Surrey.

私の名前はジャマル・ハリリ、サリー大学の名誉教授で物理学を教えています。

My book is called On Time, the Physics that Makes the Universe Tick.

私の本は On Time、Physics that Makes the Universe Tick という名前です。

Here we are a quarter of the way through the 21st century and celebrating the most, in my view, powerful and successful scientific theory we have ever come up with, quantum mechanics.

21世紀も4分の1が過ぎましたが、私の見解では、これまでで最も強力で成功した科学理論である量子力学を祝っています。

Quantum mechanics was developed in the early decades of the 20th century and describes the way atoms and the particles that make up atoms, the tiniest building blocks of matter, how they behave.

量子力学は20世紀初頭に開発され、原子や原子を構成する粒子、つまり物質の最小の構成要素がどのように振る舞うかを記述しています。

And they behave in a way very different from the way our everyday world behaves.

そして、それらは私たちの日常世界とは非常に異なる方法で振る舞います。

Quantum mechanics, as opposed to Newton's mechanics and Newton's laws of motion.

量子力学は、ニュートン力学やニュートンの運動法則とは対照的です。

So in the quantum world, things are fuzzy, they're probabilistic.

つまり、量子世界では、物事は曖昧で、確率的です。

An electron can be in more than one state at the same time.

電子は同時に複数の状態をとることができます。

Particles can move in multiple directions at the same time.

粒子は同時に複数の方向に移動できます。

それらは広がった波のように振る舞います。

They can quantum tunnel through energy barriers like a ghost passing through a solid wall.

それらは幽霊が固い壁を通り抜けるように、エネルギーの障壁を量子トンネルで通り抜けることができます。

Things that we'd never see in our everyday world.

私たちの日常世界では決して見られないようなものです。

And yet that reality down at the quantum realm is our true reality.

そして、その量子領域の現実は私たちの真の現実なのです。

すべてはそこから成り立っています。

Our whole universe ultimately behaves in a quantum way.

私たちの宇宙全体は、究極的には量子的な方法で振る舞います。

Now, the early discoveries of quantum mechanics led throughout the 20th century to all sorts of technologies, what we now call the first quantum revolution.

さて、量子力学の初期の発見は、20世紀を通じて、現在私たちが最初の量子革命と呼ぶあらゆる種類の技術につながりました。

So the laser, the transistor, LEDs, the integrated circuits, the microchip, the computer, GPS smartphones, the Internet.

つまり、レーザー、トランジスタ、LED、集積回路、マイクロチップ、コンピューター、GPSスマートフォン、インターネットです。

Almost all of our modern technology that we use today that relies on electronics is thanks to developing quantum mechanics.

今日私たちが使用している、エレクトロニクスに依存する現代技術のほとんどすべては、量子力学の開発のおかげです。

Today we're on the threshold of a second quantum revolution, a revolution in technology based on even more counterintuitive ideas of quantum mechanics, things like quantum entanglement and quantum superposition.

今日、私たちは第二の量子革命、量子もつれや量子重ね合わせのような、さらに直感に反する量子力学のアイデアに基づいた技術の革命の入り口にいます。

So many people may have heard of quantum superposition in the context of the so called two slit experiment, where you send particles through a screen with two slits and it forms an interference pattern at the back.

多くの人が、いわゆる二重スリット実験の文脈で量子重ね合わせについて聞いたことがあるかもしれません。これは、粒子を2つのスリットがあるスクリーンに通すと、後ろに干渉縞ができるというものです。

Somehow the particle goes through both slits simultaneously and behaves like a wave.

なぜか粒子は両方のスリットを同時に通過し、波のように振る舞います。

つまり、重ね合わせは奇妙です。

量子もつれはさらに奇妙です。

This is the notion that even Einstein famously didn't like when he first encountered it, that two separated particles can somehow be instantaneously in communication with each other.

これは、アインシュタインでさえ、初めて出会ったときには気に入らなかったという考え方で、離れた2つの粒子が瞬時に互いに通信できるというものです。

Their fates are intertwined because they have to be described by the same single quantum state, however far apart they are.

たとえどれだけ離れていても、それらは同じ単一の量子状態によって記述されなければならないため、それらの運命は絡み合っています。

Well, we're now using superposition and entanglement to develop whole new technologies.

さて、私たちは今、重ね合わせともつれを利用して、まったく新しい技術を開発しています。

Some are coming, they will be with us maybe in a decade or two, like the quantum computer.

来るものもあり、おそらく10年か20年後には、量子コンピューターのようなものが私たちのもとに届くでしょう。

すでに持っているものもあります。

So we are now developing instruments that carry out what's called quantum sensing.

そこで私たちは今、量子センシングと呼ばれるものを行う装置を開発しています。

We have even developed this way of sensing Very weak magnetic fields.

非常に弱い磁場を検知する方法も開発しました。

You wear a helmet, like a cycling helmet on your head.

ヘルメットをかぶります。自転車用のヘルメットのようなものを頭にかぶるんです。

And thanks to quantum entanglement, we can measure single the firing of single neurons.

そして、量子もつれのおかげで、単一のニューロンの発火を測定できます。

So essentially reading people's brainwaves.

つまり、人の脳波を読み取っているようなものです。

One other technology that's being developed at the moment Is quantum communication.

今開発されているもう一つの技術は、量子通信です。

Now we know the way the Internet is connected up through optical fibers.

インターネットが光ファイバーでどのように接続されているか、ご存知でしょう。

これらのファイバーを通してレーザーを送ります。

it's coherent light that links different nodes around the world, linking computers.

世界中の異なるノード、コンピューターを繋ぐのは、コヒーレントな光です。

What if we could use the notion of quantum entanglement?

量子もつれの概念を使うとしたらどうでしょうか？

So photons that could be sent along optical fibers can nevertheless be quantum entangled with other photons very far away from them.

光ファイバーに沿って送られる光子であっても、それらから非常に離れた他の光子と量子もつれの状態にあることができます。

You could use quantum information to communicate and link the world.

量子情報を使って、世界を通信し、結びつけることができます。

What if we had quantum computers that are linked via quantum information Now?

量子情報で結ばれた量子コンピュータがあったらどうでしょう？

We would have something called the quantum Internet.

量子インターネットと呼ばれるものが実現します。

Quantum imaging is something that's developing.

量子イメージングも開発が進んでいる分野です。

There's this wonderful idea, what's called the entanglement camera, Whereby you have two particles of light, two photons.

そこには、2つの光子、つまり2つの粒子の光を使う「エンタングルメントカメラ」という素晴らしいアイデアがあります。

One is visible in the visible range of the spectrum, and one is an infrared photon.

一方は可視光スペクトルで見え、もう一方は赤外線フォト​​ンです。

この2つの光子は量子もつれの状態にあります。

So what happens to one influences the behavior of the other.

ですから、一方に起こったことは、もう一方の振る舞いに影響を与えます。

Infrared light is very good at imaging, Particularly imaging biological tissue.

赤外線は、特に生体組織のイメージングに非常に優れています。

Whereas visible light is much better to create images in cameras.

一方、可視光はカメラでの画像生成にずっと適しています。

より鮮明な画像が得られます。

So you send the infrared light to probe biological tissue, for example, looking for cancer, tumors.

ですから、例えばがんや腫瘍を探すために、赤外線光を生体組織の調査に送ります。

And then the visible light will create an image of what the infrared light sees.

すると、可視光が赤外線光が見ているものを画像化します。

Even though the visible light has never been near the physical object itself, it's magically transferring this information Via quantum entanglement.

可視光は物理的な物体自体に全く近づいていないにもかかわらず、量子もつれを通じてこの情報を魔法のように転送しています。

So these are devices that are already being built and already being used to help in medical imaging, for example.

これらは、例えば医療画像処理などに役立つ、すでに構築され、すでに使用されているデバイスです。

The quantum computer, of course, Is the poster child of the second quantum revolution.

量子コンピュータは、もちろん、第二次量子革命の代表格です。

Quantum computers famously operate very differently from classical computers.

量子コンピュータは、古典コンピュータとは非常に異なる方法で動作することで有名です。

They don't rely on bits of information that are 0 or 1, but

0か1の情報ビットに依存するのではなく、

rely on quantum bits of information, Qubits that are both 0 and 1 at the same time.

0と1の両方である量子ビット、すなわちキュービットに依存しています。

And this gives us scope for exponentially increasing the power of computations.

そして、これにより計算能力を指数関数的に向上させる余地が生まれます。

They're the ultimate in parallel processing.

これらは、究極の並列処理です。

A quantum computer, when we have it, Will one day be able to solve problems that the most powerful supercomputers we have today Would take billions of years to solve.

量子コンピュータは、完成すれば、今日の最も強力なスーパーコンピュータでも解決に数十億年かかる問題を、いつか解決できるようになるでしょう。

Quantum computers, we hope, Will be able to help us in new drug discoveries, in better climate models, in financial transactions, in studying the behavior of quantum systems, in research labs, in physics and chemistry.

量子コンピュータは、新薬開発、より良い気候モデル、金融取引、量子系の挙動の研究、研究室、物理学や化学において、私たちを助けることができると期待しています。

すべてができるわけではありませんが、

they will have specialized applications that are Going to change the world.

世界を変えるであろう特殊な応用が可能になります。

There are, of course, many challenges still ahead of us.

もちろん、まだ多くの課題が待ち受けています。

For example, in a quantum computer, it's not just about having a qubit that can be off and on at the same time.

例えば、量子コンピュータでは、オフとオンを同時にできるキュービットを持つことだけが重要なのではありません。

You have to have many qubits quantum entangled together.

多くのキュービットを量子もつれさせる必要があります。

And together they form the quantum processor that can run quantum algorithms that can carry out computations down in the quantum realm.

そしてそれらが一体となって、量子領域で計算を実行できる量子アルゴリズムを実行できる量子プロセッサを形成します。

But of course, linking these qubits together Via entanglement Is subject to disturbance from outside, what's called decoherence.

しかし、もちろん、これらのキュービットをエンタングルメントを介してリンクすることは、外部からの干渉、いわゆるデコヒーレンスの影響を受けます。

The idea that the quantum effects are very delicate and ephemeral, and

量子効果は非常に繊細で儚いものであり、

they will dissipate very quickly, like putting a hot cup of coffee in the freezer, you know, it won't stay hot.

熱いコーヒーを冷凍庫に入れたらすぐに冷めてしまうように、すぐに消散してしまうという考え方です。

Well, in the quantum world, decoherence happens very, very fast.

さて、量子世界では、デコヒーレンスは非常に、非常に速く起こります。

And one of the biggest challenges is how do you maintain these, the quantumness of your computer for long enough for it to do the computations.

そして最大の課題の1つは、コンピュータの「量子性」を、計算を実行できるのに十分な時間維持するにはどうすればよいかということです。

This is related to what's called quantum error correction.

これは、量子誤り訂正と呼ばれるものに関連しています。

You have to build in a certain redundancy.

ある程度の冗長性を組み込む必要があります。

So if you need 100 qubits to carry out a computation, you probably need a thousand or a million, just to make sure that collectively you get an answer, Even though some of them are useless because of decoherence.

したがって、計算を実行するために100個のキュービットが必要な場合、デコヒーレンスのために一部が役に立たなくなっても、集合的に答えを得るために、おそらく1000個か100万個が必要になるでしょう。

Another problem is, of course, what do you build a quantum computer with?

もちろん、もう1つの問題は、量子コンピュータを何で構築するかということです。

何で構築するかについては、複数の選択肢があります。

What's called the substrate would be, what is the hardware that the quantum computer will be?

量子コンピュータのハードウェアとなる基盤は何でしょうか？

There are lots of candidates, and we don't know which is the best one.

候補はたくさんありますが、どれが最適かはまだわかっていません。

Maybe they will be using what's called superconducting circuits, electrical circuits that are at temperatures near absolute zero, such that this quantum effect called superconductivity, and

絶対零度に近い温度で、超伝導という量子効果が現れる超伝導回路、つまり電気回路を使うことになるかもしれません。

suddenly appears where you have electrical currents flowing through wires with zero resistance.

それは、抵抗ゼロで電気が流れる導線に突然現れます。

Now you can start to use these superconducting wires to carry out quantum effect quantum computations.

これらの超伝導ワイヤーを使って、量子効果を利用した量子計算を実行できるようになります。

それらはキュービットのように振る舞います。

You could build a quantum computer out of light, out of photons of light traveling through fibers.

光ファイバーを伝わる光子の光で量子コンピュータを構築することもできます。

You can build it out of clouds of atoms that are suspended in a magnetic field and held in place and cooled down to near absolute zero by laser beams.

また、磁場中に浮遊させ、レーザービームで絶対零度近くまで冷却された原子の雲で構築することもできます。

And those atoms, then they can be pumped with energy with other lasers, such that you put them into a quantum superposition of being in two energy states at the same time.

そして、それらの原子は、他のレーザーでエネルギーを注入され、同時に2つのエネルギー状態にある量子重ね合わせ状態に置かれます。

So now you have clouds of atoms that form your quantum computer.

これで、量子コンピュータを形成する原子の雲ができあがります。

You can have strings of atoms that are missing or have extra electrons.

電子を失ったり、余分に持ったりする原子の鎖を持つことができます。

So they're ions, they're electrically charged.

つまり、それらはイオンであり、電気的に帯電しています。

それらがキュービットを形成します。

The fact they have electric charge means you can hold them in place Using electric and magnetic fields.

電気的な電荷を持っているということは、電場と磁場を使ってそれらを所定の位置に保持できるということです。

ですから、たくさんの選択肢があります。

We don't know which is going to be the best one.

どれが最良になるかはまだわかりません。

And then even when you build a quantum computer, what do you run on it?

そして、量子コンピュータを構築した場合でも、それに何を走らせるのでしょうか？

量子アルゴリズムとは何ですか？

What's the code that you write that's going to carry out a quantum computation?

量子計算を実行するコードとは何でしょうか？

いくつかはすでにもうあります。