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「画像を量子テレポーテーションした」という見出しが海外で流れています。中国・華東師範大学の景傑泰（Jietai Jing）教授らのグループが、光の量子状態を100本の通り道に分けて同時に送り、その100個のマス目で文字の「Q」を描いたという実験です。論文は2026年8月20日に物理学の専門誌Physical Review Lettersに載り、9月に入ってから英語圏の科学ニュースで広く取り上げられました。
「テレポーテーション」と「画像」が並ぶと、写真が瞬間移動したように読めてしまいます。実際に起きたことはそれとは違っていて、しかも違っている部分のほうが面白い。この記事では、何が送られたのか、100本という数字はどこがすごいのか、そして「忠実度0.60」という一見ぱっとしない数字をどう読むかを順番に書いていきます。
量子テレポーテーションで運ばれるもの
先に言葉の整理をしておきます。量子テレポーテーションは1993年に理論として提案され、1997年に実験で確かめられた、れっきとした物理現象です。ただし物が消えて別の場所に現れるわけではありません。運ばれるのは「量子状態」、つまり粒子の性質を記述する情報だけです。
手順はこうなります。送り手と受け手があらかじめ「もつれ」と呼ばれる特別な相関を持つ光のペアを分け合っておきます。送り手は、送りたい状態を持つ光と自分の側のもつれ光を混ぜ合わせて測り、その結果を普通の通信で受け手に伝えます。受け手はその結果にもとづいて自分の側のもつれ光に補正をかけると、送り手が持っていた量子状態が受け手側で再現される、という仕組みです。途中で普通の通信を使うので、光より速く情報が届くこともありません。
量子状態はコピーができないという性質があるため、光ファイバーの途中で失われたら取り戻せません。それでも遠くの量子コンピューター同士をつなごうとするなら、状態を送る手段が要ります。テレポーテーションはその有力な候補で、これまでに光子、原子、固体中の量子ビットを使った実験や、100キロメートルを超える距離、さらに地上と人工衛星の間での実証も行われてきました。
これまでは1本ずつ送るのが基本だった
距離はずいぶん伸びました。ところが「一度に送れる量」のほうは、あまり進んでいません。ほとんどの実験は1本の通り道で1つの状態を送るもので、複数を同時に扱うにしても数本程度にとどまっていました。
理由は単純で、通り道を1本増やすたびに、それに見合ったもつれ光の資源を1組用意し、送りたい状態とぴったり合わせる必要があるからです。しかも従来の方式では、通り道ごとに検出器と電子回路と補正用の変調器をそれぞれ用意して、測った結果を電気信号で受け手側に回す「フィードフォワード」を組む必要がありました。10本なら10組、100本なら100組の電子回路です。装置は通り道の数に比例して膨らんでいきます。
複数のチャンネルを1本の光にまとめる「多重化」という手もあるのですが、受け手側の復号が複雑になり、送り手が個々のチャンネルを独立に操作しにくいという欠点がありました。
光の断面を100マスに区切る
景教授らの発想は、1本のレーザー光の「断面」を使うというものでした。空間光変調器という装置に、コンピューターで計算したホログラムのパターンを書き込み、レーザーを通します。すると光の断面が10×10、合計100個の小さな光の「モード」に分かれます。モードというのは、光が空間的にどんな形で広がっているかのパターンのことで、この100個はそれぞれ独立に制御できます。つまり、100個の画素を持つ光ができたわけです。
上の図のように、送りたい光の100個のマス目に対して、同じく10×10に区切られたもつれ光の配列を用意し、両者を一対一で組み合わせます。ここが最初の難所で、100組の対応をずれなく作る必要がありました。
もう一つの難所が、先に書いた電子回路の山です。研究チームはこれを、通り道ごとの電子的なフィードフォワードを使わず、すべて光のまま処理する「測定を介さない全光学的フィードフォワード」で乗り越えました。100本分の補正を、100個の電子回路ではなく、光学系の中で一括してかける構成です。100本を同時に走らせるのに、装置の複雑さが100倍にならなかった。これが今回の実験の中心にある工夫です。
そのうえで、100個のマス目の明暗で文字の「Q」を描き、各マス目の量子状態を並列でテレポートさせました。受け手側でマス目を並べ直すと、たしかに「Q」が浮かび上がりました。ただし景教授自身がScienceAlertの取材で念を押しているとおり、送られたのは各モードの光の振幅と位相にかかわる量子状態であって、「Q」という模様はそれらが集まって見える結果にすぎません。写真を送ったのではなく、100個の量子状態を一斉に送ったら、その集合が文字の形になっていた、という順番です。
忠実度0.60は低い数字ではない
「Q」が読めたことは、じつは主役ではありません。量子テレポーテーションが本当に起きたかどうかは、「忠実度」という数字で判定します。送り手の状態と受け手で再現された状態がどれだけ一致しているかを0から1で表したもので、1なら完全一致です。
今回の100チャンネルの平均忠実度は0.60でした。60パーセントの一致と聞くと、あまり高い数字には見えません。ここで比べるべきなのが「古典的な限界」です。もつれを使わず、送り手が測れる範囲の情報を普通の通信で伝えて受け手が状態を作り直す、というやり方をした場合、どれだけがんばっても忠実度には天井があります。今回の条件でのその天井は平均0.52です。
0.60はこの0.52を超えています。しかも平均だけでなく、100個すべてのモードで、それぞれの古典限界を上回っていました。つまり100本の通り道の全部で、もつれの助けなしには到達できない精度が出ていた、ということになります。忠実度の数字を見るときは、1にどれだけ近いかではなく、まずこの古典限界を越えているかどうかを見る。それが量子テレポーテーションの実験を読む最初の関門です。
そもそも量子テレポーテーションの狙いは、量子状態をそのまま運ぶことにあります。0.52という天井は、量子状態を一度「測って」情報に変えた瞬間に失われる部分があることから生じます。0.60という数字は、その失われる部分を、もつれを使うことで一部取り戻せたことの証拠です。数字の大小より、線を越えたかどうかに意味があります。
100本で止まっている理由
研究チームによれば、10×10で止まっているのは原理上の限界ではなく、実験に使えたレーザーの出力が約1ワットしかなかったためです。もつれ光を作るにはレーザーのエネルギーを使うので、出力を上げればモードの数、つまり通り道の数はさらに増やせます。IEEE Spectrumの取材に対して景教授は、より強いレーザーと増幅器を使って1000チャンネルの構成を目指していると答えています。
量子テレポーテーションの研究は、これまで「どこまで遠くへ」が主な尺度でした。今回の実験はそこに「一度にどれだけ」という、通信で言えば帯域の尺度を持ち込んだものです。将来の量子ネットワークで多数の量子状態を並行して扱う必要が出てきたとき、通り道を増やしても装置が比例して膨らまない構成があるかどうかは、かなり実務的な問題になります。今回の結果は、その構成が少なくとも100本の規模では成り立つことを示したものと言えます。
もちろん、実験室の光学台の上での話であり、光ファイバーを通した長距離との両立や、忠実度をさらに上げることは今後の課題です。「Q」の次に何が送られるかより、通り道の数がどこまで伸びるか、そのときに古典限界を超えたまま保てるかに注目したいところです。
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画像について
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出典
Y. Lou et al., “Hundred-Channel Reconfigurable Quantum Teleportation”, Physical Review Letters 137, 080801 (2026)
https://doi.org/10.1103/rfz9-3prw（本文は有料）
Physics Magazine（アメリカ物理学会）による無料の解説
Teleporting More Quantum States at Once
ScienceAlert（景教授への取材コメントを含む）
Breakthrough: Scientists Just Teleported an Image Across 100 Quantum Channels at Once
IEEE Spectrum（1000チャンネル計画についての発言を含む）
Researchers Quantum Teleport Data Across 100 Channels at Once
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