マーベルの最新映画で量子コンピューティングと「クォンタマニア」の現実を検証しよう
マーベルの最新スーパーヒーロー映画ではアントマンは小さくなっているかもしれないが、現実世界では量子は大きくなっている。
量子情報科学は、ホワイトハウスにとって人工知能と並んで最重要技術課題の一つです。Microsoft、Google、Amazon、IBMといった大手IT企業は、本格的な量子プロセッサの開発に着実に取り組んでいます。IonQという企業は、太平洋岸北西部に量子コンピュータを構築する10億ドル規模の計画を進めています。量子コンピューティング市場は2030年までに1250億ドルに達すると予測されています。
だから、『アントマン・アンド・ザ・ワスプ：クォンタマニア』は量子物理学の現実世界の進歩を全面的に取り上げるだろうと思うかもしれない。
もしあなたがこの映画にそんなものを期待しているなら、考え直した方がいい。「現実の物理学や私たちの現実認識とは全く関係がありません」と、シドニー工科大学およびUTS量子ソフトウェア・情報センターの量子物理学者、クリス・フェリー氏は言う。
フェリーは博士号を持っているからという理由だけでなく、そのことを熟知しているはずだ。彼の最新著書『Quantum Bullsh*t（量子のデタラメ）』は、量子物理学に関する一般的な描写がいかに間違っているかを色鮮やかに列挙している。Fiction Scienceポッドキャストの最新エピソードで、フェリーはなぜそうした描写が理論の素晴らしさよりもデタラメさに重点を置く傾向があるのかを解説している。
「量子物理学はエンジニアが実験について予測を行うためのツールであるというのが現実で、実に退屈だ」と彼は言う。
ハリウッドが優位に立っている点の一つは、まさにこの点だ。『クォンタマニア』は決して退屈ではない。アントマンとその家族は皆小さくなり、量子世界と呼ばれる縮小された次元で悪者と戦う。Qという言葉の使用は、『ファンタスティック・ボヤージュ』や『ミクロキッズ』でも見られた縮小というプロットコンセプトに、21世紀の科学的オーラを与えている。
ブリティッシュコロンビア大学のアウトリーチコーディネーターとして学生に量子コンピューティングをわかりやすく説明しようとしているエラ・マイヤー氏は、「クォンタマニア」によって仕事がさらに難しくなっていると言う。
「最近『アントマン』の予告編を見た人がいるかどうかは分かりませんが、『量子』という言葉を誤って使うことで、私の長年の努力が無駄になってしまいました」と彼女は先月シアトルで開催されたノースウェスト・クォンタム・ネクサス・サミットで語った。「ですから、人々にこの言葉を正しく理解してもらうのは、これまで以上に難しくなっています」
マーベルのクォンタム・レルムのコンセプトは、2015年のオリジナル版『アントマン』の科学コンサルタントを務めたカリフォルニア工科大学の量子物理学者、スピロス・ミカラキス氏によるものだ。（マーベルが以前この領域に使用していた「マイクロバース」という名称は、法的な問題により使用できなくなった。）
ミカラキス氏は量子領域を「無限の可能性を秘めた場所、私たちが知っている物理法則や自然の力がまだ結晶化していない別の宇宙」と表現した。
ミカラキス氏を知るフェリー氏は、実際には独立した量子世界など存在しないと指摘する。「現実はただ一つです。…ですから、この一つの現実には様々な窓があると言えるでしょう」と彼は言う。
古典物理学は、宇宙を巨大な機械として捉えるパノラマ的な窓を提供してくれる。「きちんと調整しておけば、すべては期待通りに機能する」とフェリーは言う。
対照的に、量子物理学は「ステンドグラスの万華鏡のようなものだ」と彼は言う。「量子物理学は世界を多くの対称性で描き出すが、同時に非常に複雑で、物事は決定論的ではない。ランダム性と不確実性が存在するのだ。」
バイクのような日常的なもののスケールでは、古典物理学の窓を用いる方が理にかなっています。しかし、ミューオンのような素粒子のスケールでは、量子物理学の窓の方がはるかに有効です。そこでは、粒子の性質が、場合によっては長距離にわたって絡み合っていると考えることができます。あるいは、量子ビットの情報は、例えば「上」か「下」だけを表すのではなく、同時に複数の状態を表すものと考えることができます。
ポッドキャストで、フェリーは物理学者が不確定性原理、量子もつれ、量子テレポーテーションといった「Q」に関連する概念の文脈で現実世界をどのように捉えているかを解説しています。これはアントマンの量子世界とは全く異なる世界です。
「私たちはその世界を実際に体験することはできません」とフェリーは言う。「だから私たちは、自分たちの世界観やコミュニケーションの仕方を、架空のシナリオに投影しているのです。」
彼はそれについて怒ってはいない。「スーパーヒーローや光速を超える速度で空を飛んだり移動したりする人たちが登場するSF映画を観て、物理学について何かを理解したと思って帰る人はいないと思うよ」と彼は笑いながら言う。
彼が特に憤慨しているのは、量子ヒーリングクリスタルや量子バイオフィードバックデバイスが、安価で病気を治してくれると主張する人たちだ。「Quantum Bullsh*t」の中で、フェリーはそうしたナンセンスに真実を（そして時にはFワードを）投げつけ、量子接続を利用した2つの突飛なコンセプトをやや疑念を込めて見ている。
量子意識： ノーベル賞受賞数学者ロジャー・ペンローズを含む一部の科学者は、量子プロセスが意識や外部現象の知覚を生み出す可能性があると推測しています。「彼らは微視的な生物学的プロセスを観察し、『これらの現象を正確に予測し理解するために量子物理学は必要か？』という疑問を抱いています。そして、ほとんどの場合、あらゆる生物学的プロセスにおいて、答えはノーです」とフェリーは言います。
量子多元宇宙： 多世界仮説は、現実が複数の宇宙へと枝分かれしているという仮説を提唱している。そして、『バック・トゥ・ザ・フューチャー』から『ザ・ペリフェラル』に至るまで、SF作品ではこれらの枝分かれが複雑に絡み合っている。多元宇宙は、以前のマーベル映画『ドクター・ストレンジ・イン・ザ・マルチバース・オブ・マッドネス』でもタイトルに使われており、『クォンタマニア』でも重要な役割を担っている。「これは量子物理学の法則には存在しないですよね？ 検証不可能な解釈を付け加えているだけなんです」とフェリー氏は言う。
しかし、フェリー氏によると、将来的に大きな成果をもたらす可能性がある量子接続が1つあります。それは量子コンピュータやセンサーと関係するものです。これらのデバイスは実際に量子効果を利用しています。例えば、量子ビット（キュービット）は、処理中に情報の複数の状態を表すことができ、従来のコンピュータのビットが表す「1か0」の状態だけではありません。
「相関のある2つの量子ビットでできることは、相関のある2つの（古典的な）ビットではできないことがあります」とフェリー氏は言う。「しかし、ビット数が増えれば、同じことができるようになります。つまり、タスクを解くために必要なリソースの量の方が重要になるのです。」
ネットワークの最適化、分子の設計、暗号の解読といったタスクは、量子処理の方が適していると言えるでしょう。しかし、数十年にわたる構想を経てもなお、量子コンピューティングはまだ初期段階にあります。そして、フェリー氏は、たとえ成熟したとしても、ほとんどの人はその存在に気づかないだろうと予想しています。
「こう言いましょう。量子コンピュータが実現すれば、デジタルコンピュータと全く同じように操作できるようになります」と彼は言う。「なぜでしょう？ 量子物理学の知識がなければ使えないなら、誰も買わなくなるでしょうから。」
フェリー氏の見解では、現実の量子領域はスーパーヒーローではなく物理学者やエンジニアに任せたほうがよいものだ。
「大学で数年勉強すれば、すべての方程式を理解し、実験室で遭遇するあらゆる状況に対応できるようになります」と彼は言う。「量子物理学は簡単です。奇妙で驚くべき世界、つまり私たちが観察する創発的な世界こそが、量子物理学なのです 。 」
量子物理学と量子BSに関する詳細情報へのリンクについては、クリス・フェリーのウェブサイトをご覧ください。量子物理学の超シンプルな説明については、フェリーが4～6歳の読者向けに書いた「赤ちゃんのための量子物理学」から「量子物理学を知っていますか？」まで、さまざまな本をご覧ください。フェリーはまた、「宇宙はどこから来たのか？そしてその他の宇宙の疑問」というタイトルの本で、大人向けに量子の謎にも触れています。
このレポートはCosmic Logのオリジナル記事を加筆したものです。Fiction Scienceポッドキャストの今後のエピソードは、Anchor、Apple、Google、Overcast、Spotify、Breaker、Pocket Casts、Radio Public、Reasonで配信予定ですので、どうぞお楽しみに。Fiction Scienceが気に入ったら、ぜひポッドキャストに評価を付けて、今後のエピソードのアラートを受け取るためにご登録ください。
