量子もつれが拓く「時間通信」の数学的抜け道

ポツダムにあるマックス・プランク重力物理学研究所の静かな廊下では、数学的証明から機能する機械が生まれるまでの距離は、数世紀とは言わないまでも、通常数十年の単位で測られる。最近、恒星間天体「3I/ATLAS」をめぐる騒ぎが物理学界で長年の執着を再燃させている。この天体は現在、非重力的な加速を見せており、小惑星センター（Minor Planet Center）を調達の狂騒に陥れている。その執着とは、物理的な探査機では到達不可能な場所に情報を送る可能性についてだ。欧州宇宙機関（ESA）が2085年まで3I/ATLASに到達できないミッションを検討する中、理論物理学者たちは60年も待ち続けることなくランデブーを実現するショートカットを探している。彼らが注目しているのはテッセラクト、より具体的にはブラックホールの量子的な構造だ。

量子テレポーテーションのボトルネック

なぜこれがESAののろのろとした彗星追跡計画の実行可能な代替案になり得ないのかを理解するには、量子テレポーテーションのメカニズムに目を向ける必要がある。デルフトのQuTech施設で洗練されているような標準的な実験環境では、量子状態のテレポーテーションには「古典的」な通信経路が必要となる。量子情報は瞬時に送れるが、そのデコード方法を伝えるために、通常の電話回線で受信者に連絡しなければならない。この古典的な速度制限こそが、量子もつれを利用して光速を超えたり、昨日の宝くじの当選番号を過去の自分に送ったりすることを阻んでいる要因である。

トレードオフとなるのは、いつものようにエネルギーだ。ワームホールに光子が一つ入った瞬間に閉じてしまわないようにするためには、負のエネルギー密度を持つ物質が必要となる。研究室では、カシミール効果、つまり電荷を持たない2枚の金属板が非常に接近した際に生じる奇妙な圧力によって、ごく微量の負のエネルギーを作り出すことができる。しかし、ワームホールをマクロなスケールで維持してテキストメッセージを送るためには、木星の総質量エネルギーを上回る負のエネルギーが必要となる。現在、「EUチップ法」の下で半導体のサプライチェーン調整に苦心している欧州にとって、ガス巨大惑星1個分に相当するエキゾチック物質の調達は、2030年の戦略ロードマップにおいても優先順位は低いままである。

3I/ATLASの異常と信号の探索

理論家たちがブラックホールで遊んでいる間、観測コミュニティは3I/ATLASから届くデータをめぐって議論に忙殺されている。この天体は、3番目に確認された恒星間訪問者だが、挙動が不審だ。過去6ヶ月の間に2度も変色し、重力だけでは説明がつかないほどの速度で太陽から遠ざかっている。この「非重力的加速」は、「オウムアムア（'Oumuamua）」をタブロイド紙のスターに仕立て上げ、異星人の光帆ではないかという根拠のない主張を招いた現象と同じである。

SETI研究所が発表した最近の論文は、冷静な大人の役割を演じざるを得なかった。3I/ATLASが水素を放出し、自然発生的ではあるが目に見えないロケットエンジンのような役割を果たしている可能性が極めて高いことを指摘したのだ。しかし、この発見のタイミングが奇妙な緊張感を生んでいる。もし我々が量子もつれを利用した特異点を通じて時間を超えてメッセージを送る計算理論を開発しているのなら、3I/ATLASのような天体を異星人の宇宙船としてではなく、非局所的物理学の潜在的なベンチマークとして見るべきではないだろうか？加速は現実であり、データは混乱を極めており、欧州の産業界は「異星人」の正体が少し変わった凍結窒素の塊であったとしても、この検出技術からいかに利益を得るかを模索している。

ESAが提案する2085年の迎撃ミッションは、現在の我々の技術的な限界がもたらす不条理さを浮き彫りにしている。時空を越えたメッセージ送信を可能にするワームホールに必要な正確なスピンを計算することはできても、半世紀以内に彗星を捕捉できる化学ロケットを建造することはできない。これは欧州の科学政策における繰り返されるテーマである。我々は世界で最も優れた理論設計者を抱えながら、職人たちがより優れたハンマーを発明してくれるのを待ち続けているのだ。

量子領域における主権

なぜ欧州委員会は、ブラックホールや時間差メッセージ送信といった抽象的な数学に関心を持つのか。その答えはEuroQCI（欧州量子通信インフラ）にある。ブリュッセルは現在、大陸全土をカバーする量子暗号ネットワークの構築に数十億ユーロを投じている。その目的は「量子主権」である。これは、盗聴の試みがメッセージの量子状態を崩壊させるため、根本的にハッキングが不可能となるシステムだ。

もしER=EPR予想が正しく、量子もつれが時空を構成する根本的な糊であるならば、量子暗号は単なるセキュリティプロトコルではなく、現実の構造そのものの操作に他ならない。量子もつれという架け橋を介して情報がどのように移動するかを理解することは、2050年のルーターを構築するために不可欠である。我々はドットコムバブルを止めるために1990年代へメッセージを送ることはできないかもしれないが、ベルリンからリスボンへ送信されたセキュアなメッセージが、メリーランドや北京の量子コンピュータに傍受されないようにすることは可能だ。「インターステラー」のような数学は、データ伝送において何が可能かという境界条件を提供しており、タイムトラベルという要素は「ホライゾン・ヨーロッパ（Horizon Europe）」からの資金を獲得するための便利なフックであり続けている。

しかし、工学的な現実は依然として頑なに地に着いている。ガルヒングの研究所では、高真空システムや極低温技術に取り組むエンジニアたちが、ブラックホールのホーキング放射よりも、量子ビット（qubit）内の熱雑音の方を懸念している。彼らにとって、時間差メッセージ送信の話は、デコヒーレンスという喫緊の問題に対する気晴らしに過ぎない。現在の量子状態が1マイクロ秒も維持できない状況では、過去へメッセージを送ることは不可能だからだ。

負のエネルギーの制約

通り抜け可能なワームホールに関する議論は、いつも同じ壁に行き当たる。それは「エネルギー条件（Null Energy Condition）」である。一般相対性理論において、エネルギーは常に正の値をとる。これを回避するには、局所的に負のエネルギーのポケットを許容する量子場理論を援用する必要がある。これは単なる数学的なトリックではなく、光速を超えた旅行や時間差メッセージ送信には必須の要件である。問題は、その規模と安定性にある。

仮にカシミール効果を産業規模で利用できたとしても、そこから生じる負のエネルギーは非常に脆弱だ。それを使ってワームホールをこじ開けようとした瞬間、時空構造の反作用が「ファイアウォール」を生成してしまう。これは、通過しようとするあらゆる情報を焼き尽くす無限のエネルギー密度を持つ領域である。宇宙はタイムラインを維持するために、ある種の宇宙検閲機構を備えているようだ。どうやら宇宙には、未来からのメッセージに対する非常に厳格なアンチスパムフィルターが組み込まれているらしい。

こうして、我々は馴染み深い状況に立ち返ることになる。抜け道の存在を示唆する方程式はあり、想像力を刺激する恒星間の異常現象もあるが、それらをつなぐための産業能力が不足しているのだ。3I/ATLASミッションがもし打ち上げられることがあれば、それは我々の執念の証となるだろう。それは化学燃料を積んだ、暗闇の中でのスローモーションの追跡であり、メッセージ送信のために量子もつれを自在に操れる者から見れば原始的に映るであろう技術が使われる。我々は、空を見上げて飛行を夢見ながら、なぜ自分たちの木造船が腐っているのかを理解しようとしている15世紀の船乗りのようなものだ。

欧州には3I/ATLASのセンサーを構築するエンジニアがいる。ただ、どの国が負のエネルギーの代金を支払うべきか決まっていないだけだ。今のところ、未来にメッセージを送る唯一の方法は、昔ながらのやり方である。書き留めて、待つことだ。ショートカットの数学は存在するが、その配管作業は悪夢のような難題である。