クマムシは量子もつれを実現した最初の動物となるのか？

クマムシは量子もつれを実現した最初の動物となるのか？

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生物学的システムと量子システムは正反対の条件を必要とすると思われるため、両者を一緒に議論することは常に困難でした。人生は複雑で、「暑くて湿気が多い」ものです。量子物体は小さく冷たいため、正確に制御する必要があります。

しかし、新たな研究では、物理学者のチームがクマムシ（別名クマムシ）を使って量子もつれの実験を行った。

地球上で最強の生物という称号を持つクマムシは、小さな多細胞生物です。

2019年にこれらの驚くべき小さな生物が偶然に月面に着陸したとき、月面が汚染されているかもしれないという懸念が巻き起こった。

地球上の研究所では、彼らは数々の科学的研究にも「参加」してきました。例えば、超高速の弾丸に当たったり、沸騰したお湯に浸かったり、強い紫外線にさらされたり、真空の環境で生活したり……

これらすべての極限条件は、クマムシの極限生存メカニズムである「tun」と呼ばれる状態をテストするために設計されています。

この状態では、縮んで脱水したボールのように丸まり、代謝レベルは正常値の 0.1% まで低下し、生物学的機能が永久に停止します。

現在、研究者らは実験の詳細をプレプリントサイトarXivに投稿している。新しい論文では、クマムシが一時的な量子もつれを実現できることを実験が示していると述べている。

この研究が査読を通過しれば、クマムシが絡まった最初の生きた動物であることが実験によって確認されることになる。

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量子もつれは、通常、亜原子粒子のスケールで発生する量子力学における奇妙な現象です。

2 つのエンタングルメント粒子は、何らかの方法で不思議なことに「接続」されています。 1 つの粒子の特性が変化すると、他の粒子も同じように瞬時に変化します。たとえ一方が地球上にあり、もう一方が地球外の遠い銀河系にあるとしても、このつながりは依然として存在し得ます。

アインシュタインはかつてこの現象に疑問を呈し、それを「不気味な遠隔作用」と呼んだ。

しかし、この効果は実際には素粒子の領域を超えて広がる可能性があります。 2018年にJournal of Physical Communicationsに掲載された研究で、研究チームは、ある種の光と細菌が光子と絡み合う可能性があることを示しました。

では、多細胞生物であるクマムシも、この奇妙なつながりを発達させることができるのでしょうか?

新たな研究では、研究チームはデンマークの屋根の雨どいからクマムシ3匹を採集した。動的な状態では、その大きさは0.2～0.34mmであったが、研究者らがそれらを凍結して「tun」状態にすると、その大きさは元の大きさの約3分の1に縮小した。

研究者らはクマムシをさらに凍結させ、絶対零度（10mK）に非常に近い温度まで冷却し、非常に低い圧力下に置いた。

研究者らは実験で、超伝導回路内の2枚のコンデンサープレートの間にクマムシを「tun」状態に置き、一種の量子ビットを形成させた。下の図に示すように、量子ビット B はコンデンサを介して近くの量子ビット A に結合されています。

クマムシが量子ビット B と接触すると、量子ビット B の共鳴周波数が変化します。

次に、クマムシと量子ビット B の組み合わせが量子ビット A に結合され、2 つのシステムが互いに絡み合うようになります。

2 つの量子ビットとクマムシ (T) の回路図。 |画像参照: KSLee et.その他。 / arXiv

研究者たちはいくつかのテストで、量子ビットとクマムシの周波数が、3つの部分からなるエンタングルメントシステムのように連動して変化することを発見した。

3匹のクマムシが420時間（17.5日間）「tun」状態になった後、研究者らはクマムシを復活させるためにゆっくりと加熱した。

その結果、クマムシ1匹は活動状態に戻り、他の2匹は死んでしまいました。研究者たちは、このクマムシ類の唯一の生き残りが、歴史上初の量子もつれ状態にある動物だと考えている。

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この結果は確かに興味深いですね。しかし、まだ査読を受けていないこの新しい研究は発表されるや否や、科学界から多くの批判と疑念を寄せられた。

主な論争の 1 つは、実験で観察された結合が、エンタングルメントの有無にかかわらず観察できるという点です。

この主張を支持する物理学者は、クマムシを量子ビット上に置くと確かにその量子ビットの周波数が変化するかもしれないが、それは2つをエンタングルメントさせることとは異なると主張している。

この実験で行われたのは、結合した2つの量子ビットのうちの1つのコンデンサー部分にクマムシを置くことだけでした。この時点では、クマムシは基本的にただの凍った水です。実験では誘電体のように動作し、量子ビットの共鳴周波数を変化させますが、これはエンタングルメントとは言えません。

回路でできた量子ビットの隣にクマムシを置いたり、その隣にほこりの粒を置いたりすると、同様の効果を生み出すことができます。

要するに、クマムシが一対の量子ビットでエンタングルされているという批評家の主張は単純に間違っている。この実験ではクマムシを量子ビットといかなる意味でも絡ませることはなかった。

クマムシが絡み合いを達成した最初の生きた動物であるかどうかについては、科学者によるさらなる調査が必要になるかもしれない。

別の観点から見ると、これらのクマムシが「遠隔での幽霊のような行動」を経験したかどうかに関係なく、10mK まで冷却された後に復活したという事実は、クマムシがこれまで考えられていたよりも耐久性があることを示しています。たとえ「量子」でなくても、すでに十分すごいです。

出典: Principle (ID: principia1687)

著者: シャオユウ

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