ベルの不等式

ベルの不等式（ベルのふとうしき）とは、隠れた変数理論などの局所実在論が満たすべき相関の上限を与える式である。 1964年にジョン・スチュワート・ベルによって導かれた。この不等式は実験に適していないので、後に多くの研究者がそれとは少し異なる形の不等式を導いた（ベル型の不等式と呼ばれる）。この不等式の実験的検証により、局所的隠れた変数理論は否定された。

定理

2つの異なる場所A、Bで測定を行う。測定では+1か-1という2つの結果のみが得られる。 A,Bの測定装置の設定はそれぞれ2種類あり、1回の測定ごとに設定をランダムに切り替えて、その設定に対応する物理量を測る。Aの測定では物理量

A_{0}

A_{0}

か

A_{1}

A_{1}

、Bの測定では物理量

B_{0}

B_{0}

か

B_{1}

B_{1}

を測り、その測定値はいずれも+1か-1のどちらかである^{[注 1]}。ベル型の不等式の1つであるCHSH不等式（英語版）は次のような形である。局所実在論の下では

| S | \leq 2

|S|\leq 2

ただし

S = ⟨ A_{0} B_{0} ⟩ + ⟨ A_{0} B_{1} ⟩ + ⟨ A_{1} B_{0} ⟩ - ⟨ A_{1} B_{1} ⟩

S=\langle A_{0}B_{0}\rangle +\langle A_{0}B_{1}\rangle +\langle A_{1}B_{0}\rangle -\langle A_{1}B_{1}\rangle

ここで

⟨ A_{i} B_{i} ⟩

\langle A_{i}B_{i}\rangle

は

A_{i} B_{i}

A_{i}B_{i}

の平均値である。量子力学ではこのSの上限を破ることができ、実験的に、量子論と局所的な隠れた変数理論を区別することができる。例えば2015年の実験ではS=2.42であり^[1]、局所的隠れた変数理論は実験的に否定された。量子力学におけるSの理論的最大値は

2 \sqrt{2}

2{\sqrt {2}}

であり、チレルソン限界（英語版）と呼ばれる。

検証実験

→詳細は「ベルの不等式の検証実験（英語版）」を参照

1972年にジョン・クラウザーとスチュアート・フリードマンによって、光子の偏光を用いて初めてベルの不等式の実験的検証が行われ、ベルの不等式の破れが観測された。それ以後、多くのグループによって実験の改良が行われてきた。検証実験にはいくつかの抜け穴がある。局所性の抜け穴とは、装置の距離が十分に離れていないため、光速より遅い速度でも、測定器の設定がもう一方の測定器や粒子発生器に伝わってしまう可能性である。そのため局所的な隠れた変数の可能性を排除しきれない。検出の抜け穴は、測定器の検出効率が低いと、発生した粒子のうち一部しか測定されず、それが全体を代表していない可能性である。Pearleは検出の抜け穴を生じさせる局所的隠れた変数モデルを考案した^[2]。 1982年にアラン・アスペは局所性の抜け穴を（かなりの程度）ふさいだ実験を行い、多くの注目を浴びた。その後も実験の改良は続き^[3]、2015年に4つのグループが独立に、局所性の抜け穴と検出の抜け穴の両方を潰した実験を行い、ベルの不等式の破れが確認された^[1]。

解釈

コペンハーゲン解釈では、ベルの不等式の破れをある種の実在性の否定ととらえ、測定前の物理量は実在しないと解釈する。ただし測定前の物理量が存在しないにもかかわらず、EPR相関のように、どこかで測定を行うと、そこから遠く離れた場所の物理量も確定するという非局所性が存在する（ただし量子ベイズ主義（英語版）のような主観的な解釈では、量子力学は観測者のもつ信念のみを記述し、観測者は光速を越えて移動しないので局所的だと解釈する^[4]^[5]）。局所的隠れた変数理論は実験的に否定されたが、非局所的隠れた変数理論はいまだに生きている。代表的なものにド・ブロイ＝ボーム理論がある。エドワード・ネルソン（英語版）の確率過程量子化も非局所的な隠れた変数理論と解釈することができる。ベルの不等式を導出する前提として、隠れた変数が測定設定と相関していないことが挙げられる。つまり何を測定するかを選択する「自由意志」を測定者が持っていることを前提としている。宇宙が完全に決定論的であり、何を測定するかは初めから決定されているとして、ベルの不等式を回避するのが超決定論である。超決定論では局所的隠れた変数理論を構築することもできると考えられている。またベルの不等式の前提として、測定者は1回の測定ごとに1つの測定結果を得るという前提がある。多世界解釈ではこの前提が成り立たない。多世界解釈では局所的な理論を構築可能である^[6]。

脚注

注釈

^ これは2値測定ならどんな測定でもいい。例えば2つのサイコロ $A_{0}$ $A_{0}$ 、 $A_{1}$ $A_{1}$ のどちらかをランダムに選んで振り、偶数なら+1、奇数なら-1としてもいい。普通のサイコロを使って実験すればS＝0に収束する。A、Bとも必ず偶数が出るイカサマサイコロを使えば、測定値は必ず+1なのでS＝2になる。他にも例えば $A_{0}$ $A_{0}$ を気温、 $A_{1}$ $A_{1}$ を気圧として、ある閾値以上で+1、閾値未満なら-1というようにしてもいい。閾値は自由に設定できる。閾値を十分に下げておけば測定値は必ず+1となり、その場合S＝2となる。

出典

^ ^a ^b “特集：量子もつれ実証”. 日経サイエンス2019年2月号.
^ Pearle, Philip M. (1970). “Hidden-Variable Example Based upon Data Rejection”. Physical Review D2 (8): 1418–25. Bibcode: 1970PhRvD...2.1418P. doi:10.1103/PhysRevD.2.1418.
^ 筒井泉「ベル不等式 : その物理的意義と近年の展開(<小特集>量子もつれ)」『日本物理学会誌』第69巻第12号、2014年、836-844頁、doi:10.11316/butsuri.69.12_836。
^ Fuchs,Christopher A. and Mermin,N. David and Schack,Rüdiger (2014). “An introduction to QBism with an application to the locality of quantum mechanics”. American Journal of Physics82 (8): 749-754. doi:10.1119/1.4874855.
^ アニル・アナンサスワーミー『二重スリット実験量子世界の実在に、どこまで迫れるか』白揚社、2021年、p288
^ ショーン・キャロル『量子力学の奥深くに隠されているものコペンハーゲン解釈から多世界理論へ』2020年、p130-131、p212-214、p287-288

参考文献

Aspect, A. et al. Phys. Rev. Lett. 1981, 47, 460; 1982, 49, 91; 1982, 49, 1804.
Bell, J. S. Physics 1964, 1, 195; reproduced as Bell, J. S. "Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics", (PDF) Cambridge University Press, 1987, Ch. 2.

外部リンク

Bell's Theorem （英語） - スタンフォード哲学百科事典「ベルの不等式」の項目。

この項目は、物理学に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（プロジェクト:物理学／Portal:物理学）。

[1] これは2値測定ならどんな測定でもいい。例えば2つのサイコロ $A_{0}$ $A_{0}$ 、 $A_{1}$ $A_{1}$ のどちらかをランダムに選んで振り、偶数なら+1、奇数なら-1としてもいい。普通のサイコロを使って実験すればS＝0に収束する。A、Bとも必ず偶数が出るイカサマサイコロを使えば、測定値は必ず+1なのでS＝2になる。他にも例えば $A_{0}$ $A_{0}$ を気温、 $A_{1}$ $A_{1}$ を気圧として、ある閾値以上で+1、閾値未満なら-1というようにしてもいい。閾値は自由に設定できる。閾値を十分に下げておけば測定値は必ず+1となり、その場合S＝2となる。

[2019_02-2] “特集：量子もつれ実証”. 日経サイエンス2019年2月号.

[3] Pearle, Philip M. (1970). “Hidden-Variable Example Based upon Data Rejection”. Physical Review D2 (8): 1418–25. Bibcode: 1970PhRvD...2.1418P. doi:10.1103/PhysRevD.2.1418.

[4] 筒井泉「ベル不等式 : その物理的意義と近年の展開(<小特集>量子もつれ)」『日本物理学会誌』第69巻第12号、2014年、836-844頁、doi:10.11316/butsuri.69.12_836。

[5] Fuchs,Christopher A. and Mermin,N. David and Schack,Rüdiger (2014). “An introduction to QBism with an application to the locality of quantum mechanics”. American Journal of Physics82 (8): 749-754. doi:10.1119/1.4874855.

[6] アニル・アナンサスワーミー『二重スリット実験量子世界の実在に、どこまで迫れるか』白揚社、2021年、p288

[7] ショーン・キャロル『量子力学の奥深くに隠されているものコペンハーゲン解釈から多世界理論へ』2020年、p130-131、p212-214、p287-288

[注 1]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

典拠管理データベース
全般	FAST
国立図書館	ドイツアメリカフランス BnF data イスラエル
その他	IdRef Yale LUX

受賞者	貢献	雑学・業界話
アラン・アスペ (Alain Aspect)	1980年代初頭、原子から出た光子（光の粒子）を使い、ベルの不等式の破れを非常に厳密に検証。測定設定を光速より速くランダムに変えることで、情報が光速を超えて伝わる可能性（局所性の穴）を大きく塞いだ。	アスペの実験は、この分野の古典的実験として教科書に載っており、多くの研究者の目標地点となった。
ジョン・クラウザー (John Clauser)	1970年代、アスペに先行して、最初の厳密なベルの不等式の破れの実験を実施。彼はベルの不等式を実験で使いやすいCHSH不等式（クラウザー、ホーン、シモニー、ホルトの頭文字）へと簡略化したことでも有名。	当時、量子力学の奇妙な性質を実験で検証することに懐疑的な声も多かったが、彼は粘り強く実験を続けたパイオニア。
アントン・ツァイリンガー (Anton Zeilinger)	1990年代以降、量子もつれを遠距離間で送る実験や、量子テレポーテーションの実験に成功し、量子情報科学という新しい分野の礎を築いた。	彼は「量子力学の法王」とも呼ばれ、彼のグループは「フリーウィル（自由意志）」の影響を排除する宇宙からのランダム性を用いたベルの不等式検証実験（Cosmic Bell Test）も行っている。

もし正しければ	不等式
世界が「常識通り」	成り立つ
量子力学が正しい	破れる

2025年12月8日月曜日

量子もつれと間主観性が示す驚きの共通性：関係性こそが実在の基盤、ベルの不等式、定理などについて

動画の要約

主要なテーマの解説

1. 量子もつれ (Quantum Entanglement)

2. 間主観性 (Intersubjectivity)

壮大な結論：構成的関係論

定理

検証実験

解釈

脚注

注釈

出典

関連項目

参考文献

外部リンク

🧐 ベルの不等式とは？

局所実在論（Local Realism）って何？

量子力学との対立

🏆 業界最大の出来事：ノーベル物理学賞（2022年）

💡 ベルの不等式が示唆すること（奇妙な結論）

1. 👻「気味の悪い遠隔作用」は実在する？

2. 🔮 量子技術の土台

🚀 量子テレポーテーションの原理

1. 転送したい情報（量子状態 $\psi$）

2. 量子もつれペア (The Entangled Pair)

3. 古典的な通信路 (Classical Communication)

🔬 転送の3ステップ

ステップ1：アリスによる測定（エンタングルメントの力）

ステップ2：古典情報の送信

ステップ3：ボブによるユニタリー操作（情報の再構築）

🌐 業界の最前線と雑学

1. 「瞬間移動」の定義

2. 量子インターネットの基盤

3. 業界記録：長距離テレポーテーション

■ ベルの不等式って何者？

■ そもそもの背景：「アインシュタイン vs 量子力学」

■ ベルの天才的な発想

■ 何がそんなにヤバいの？

■ 実験した人たちの業界話

■ 業界での裏話・雑学

■ 超シンプルに言うと

■ 興味があれば次に面白い話

■ まず大事な誤解を潰しておくと

■ 基本アイデアはかなりぶっ飛んでいる

■ ものすごく簡単なたとえ

■ なぜ「テレポーテーション」と呼べるのか？

■ ベルの不等式との深いつながり

■ 実際にどこまで出来ているの？

■ ヤバい雑学

■ 哲学的にめちゃくちゃ深い話

■ もっとディープに行きたいなら

0 件のコメント:

1. 転送したい情報（量子状態 $\psi$ ）