画期的な研究成果として、2025年7月に発表された、量子情報科学に新たな扉を開く、熱力学第二法則の量子版が明らかになりました。この発見は、「エンタングルメントバッテリー」という概念を導入し、量子状態の完全可逆な変換を可能にする量子システムを実現しました。
熱力学第二法則は通常、系の無秩序化傾向を記述します。しかし、この原理を量子領域に適用することは、長年大きな課題でした。今回の研究チームの革新的なアプローチは、エンタングルメントバッテリーを用いるものです。これは、状態変換中にエンタングルメントを蓄積し、交換を促進します。
バッテリーからエンタングルメントを注入または抽出することにより、研究者たちは、あらゆる混合状態のエンタングルメント変換を完全に可逆的にできることを実証しました。このブレークスルーは、局所操作と古典的通信（LOCC）の制約下における、量子エンタングルメント操作の非可逆性という長年の問題に対処するものです。
この研究の意義は、理論物理学を超え、複雑な量子ネットワークの理解と制御への道を開くものです。エンタングルメントバッテリーの原理は、コヒーレンスや自由エネルギーなどの他の量子リソースを保存する「リソースバッテリー」へと一般化できます。これは、将来の量子技術に革命をもたらし、非常に効率的なシステムの実現につながる可能性があります。
「コヒーレンスや自由エネルギーを保存するバッテリーを構築し、この設定で可逆的なフレームワークを構築することができます」と、筆頭著者のアレクサンダー・ストレルトソフ氏は説明しています。この新しいフレームワークは、確立された物理的原理に基づいた統一的な証明を提供し、量子世界の理解と操作を再構築することを約束します。
この研究は、日本の科学技術立国としての地位を強化し、世界をリードする量子技術開発への貢献を期待させるものです。日本の研究機関や企業が、この新たな知見を活かし、未来の技術革新を牽引することを願います。