1973年、アメリカの理論物理学者ジョン・アーチボルト・ウィーラーは、一般相対性理論の本質を簡潔に表現しました。それは、空間は物質にどう動くべきかを命じ、物質は空間にどう歪むべきかを命じるというものです。アインシュタインにとって、重力とは力ではなく幾何学でした。巨大な質量を持つ天体が、ボウリングの球がマットレスを沈み込ませるように時空の布地を押し下げ、その結果生じた窪みに他の天体が転がり落ちるのです。この描写は優雅ですが、致命的な欠陥があります。星が寿命を迎えてブラックホールへと崩壊すると、その「窪み」はマットレスを突き破ってしまい、アインシュタインの理論は破綻してしまうのです。まさにこのような極限状態を説明するために、物理学者たちは量子重力理論を必要としてきました。彼らは数十年にわたり、時空がウィーラーの提唱した通りに振る舞うよう、純粋な量子粒子から時空を構築しようと試みてきました。
1990年代後半、ホログラフィック原理によって突破口が開かれました。フアン・マルダセナやエドワード・ウィッテンらは、3次元の宇宙全体が、その2次元の境界上で相互作用する粒子の集合として完全にコード化できることを示しました。これは、平面的なホログラムのカードが立体的な奥行きの錯覚を生み出すのと同様です。その後、この空間の幾何学を繋ぎ止めているのは量子もつれであり、それが結合組織のように機能していることが判明しました。2つの領域間の量子もつれという「糸」を断ち切れば、それらを結ぶ橋（例えばワームホール）は細くなり、最終的には消滅してしまいます。こうして物理学者たちは、ウィーラーの言葉の前半、つまり量子もつれが物質の動く舞台を作り出す仕組みを解明しました。しかし、後半部分は謎のままでした。これらのモデルでは、物質が空間を歪ませることはなかったからです。ボウリングの球はマットレスの上に置かれているだけで、窪みを作ることはありませんでした。
そして最近、欠けていた要素がついに登場しました。バージニア工科大学のチャールズ・ツァオ氏らのチームを含む複数の研究グループが、時空の弾力性を司るのは量子力学の「マジック（magic）」と呼ばれる特殊な性質であることを突き止めたのです。この指標はシステムの真の量子性を反映しており、その状態を通常のコンピュータでシミュレートするのがいかに困難かを示しています。この用語自体は、2004年に物理学者のアレクセイ・キタエフ氏とセルゲイ・ブラヴィ氏によって導入されました。彼らの理論によれば、「マジック」はいわゆる「非クリフォード・ゲート」を使用することで生じ、これこそが量子コンピュータが従来のコンピュータに対して圧倒的な優位性を持つ根拠となるものです。ツァオ氏はマジックを、比喩的に「時空の布地の柔軟剤」と呼んでいます。今回の研究に参加したカリフォルニア工科大学のジョン・プレスキル氏は、マジックがなければすべてが単純になりすぎてしまうが、量子時空はより複雑に構成されているのだと指摘しています。
重力とこれがどう関係しているのかを理解するには、量子誤り訂正コードを思い出す必要があります。これは、壊れやすい情報を複数の量子ビットに分散させることで、量子コンピュータ内の情報を保護する仕組みです。ダニエル・ハーロウ氏らは約10年前、ホログラフィーがこれと同じ論理で機能していることを示しました。しかし、従来の「スタビライザー符号」では、量子もつれが空間用と物質用に厳格に二分されており、それらが互いに影響を及ぼし合うことはありませんでした。その結果、空間は完璧ではあっても不活性で、生命感のないものになっていたのです。解決策となったのは、ツァオ氏やプレスキル氏らが2026年に構築した次世代のコードでした。これは非クリフォード・ゲートを多用しており、それゆえに「マジカル」なのです。このマジックによって、空間の量子もつれと物質の量子もつれがついに相互作用し、物質に応じて空間がたわみ始めます。ツァオ氏自身は評価に慎重で、このコードはまだ極めて一般的であり、私たちの特定の宇宙や時間の経過を説明するものではないと述べています。「これは重力の先駆けとなるものを見せてくれていますが、まだ5段階中の0.5段階目にいるに過ぎません」と彼は語っています。
しかし、この初期段階であっても、美しく意外な全貌が見え始めています。量子力学の2つの主要な性質である量子もつれとマジックは、空間の2つの主要な性質である「形状」と「柔軟性」に正確に対応しています。つまり、空間そのものが、想像しうる中で最も量子的な存在の一つであるということになります。さらに、重力はコード化の不完全さから生まれるようです。マジックのないコードは情報を完璧に保護するため、重力のない不活性な空間を生みますが、真の重力は情報の漏洩やコード化された情報の混ざり合いから生じるのです。この比喩を最後まで突き詰めれば、コードのわずかな「不注意」こそが、清華大学の物理学者バルテク・チェフ氏が冗談交じりに語ったように、かつてニュートンのリンゴが落ちた理由なのです。
