【量子技術】東大、未知の量子状態からでも最適な仕事を取り出せる操作の証明成功 [すらいむ★]

東大、未知の量子状態からでも最適な仕事を取り出せる操作の証明成功

　東京大学(東大)は3月3日、物質の最小の構成要素である量子に対して成り立つ熱力学の枠組みにおいて、対称となる量子状態の詳細に一切依存せず、最適な仕事の取り出し性能を達成する単一の熱力学的な操作が存在することを証明することに成功したと発表した。

（以下略、続きはソースでご確認ください）

マイナビニュース　2026/03/06 14:18
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20260306-4190062/

初期量子状態に関する情報の有無が仕事の取り出し効率に与える影響の概要図

量子とは、「物理量がとびとびの値(量子化された値)を持つ最小単位の振る舞い」を指す概念的な言葉だ。電子やクォーク、光子などの素粒子を指すイメージが強いが、必ずしも素粒子だけを指すわけではなく、クォークが複合した陽子や中性子などの核子、さらにはそれら核子と電子が集合した原子、原子が複数集まった分子なども、条件さえ整えば量子として振る舞うことが知られている。
この量子を活用する技術の代表例が量子コンピュータであり、近年ではそれに加えて量子センシングや量子通信などの量子デバイスの実現に向け、量子系の中でもナノスケールのレベルで状態を精密に制御する技術の研究・開発が世界中で活発に行われている。

しかし、より高性能な量子制御を実現するためには、ナノスケールの量子系がどのような熱力学の法則に支配されているのかを詳しく理解することが不可欠だ。量子系の熱力学の枠組みにおいて、与えられた量子状態から取り出せる仕事の原理的な限界を特徴付けることは、エネルギー効率の極限を追求する上で最も重要な問題の1つと考えられている。

量子状態から取り出しうる仕事量の原理限界については、これまで数多くの研究がなされてきた。だが、その大半は実験者が与えられた量子状態についての完全な情報を持っているという仮定の下で解析が行われてきたのが実情だ。

ところが実際には、量子状態は環境から未知のノイズの影響を受けるため、初期状態の完全な情報が常に手に入るとは限らない。また、量子状態の完全な情報を手に入れるためには、莫大な回数の測定を行う必要がある。それにも関わらず、大半の先行研究ではこうしたコストについては考慮されていなかった。そこで研究チームは今回、与えられた量子状態に関する情報がまったく与えられていないという状況下において、どれだけの仕事を取り出すことができるのかを解析したという。

そして解析の結果、まったく未知の量子状態に対しても、同じ状態が多数用意されている状況(コピー多数の状況)においては、必ず最適な仕事の取り出しが達成できる「ユニバーサルな仕事の取り出し操作」が存在することを構成的に証明することに成功した。この操作は、与えられた量子状態によらずに設計されているにも関わらず、どのような未知の量子状態に適用しても、あたかもその状態を熟知していたかのように最適な仕事の取り出しを達成することが可能だとする。

今回の研究成果は、量子系の熱力学において、最適な仕事の取り出しを達成するために初状態の情報は一切必要でなかったことを示唆している。情報理論において、中心的な概念である「知っている」と「知らない」の違いが、熱力学極限における仕事の取り出しでは現れないことが示されたとした。

今回の結果は、量子系の操作に必要不可欠な量子系の熱力学の理解を進展させることが考えられるとする。加えて研究チームは、量子系の熱力学を超えたさまざまな量子情報処理を、与えられた量子状態や量子プロセスの事前知識なしに最適に行うことができる可能性も示唆しており、今後の研究の発展に寄与していくことが期待されるとしている。

>>2-4は>>1の本文



人間ののもこの方法で計算しているので人間の思考の仕方が判明する

人間の思考の方法は量子力学で行われていることは解明されているけれど
　量子力学の部分がブラックボックスだったので
>>1で人間の思考が解明されました！

>>5のことを証明するのが下記の実験を進めると判明する

脳が放つ“秘密の光”の検出に初成功：思考を読み解く新技術への扉が開く
2025年6月18日1:25PM
https://xenospectrum.com/first-successful-detection-of-the-secret-light-emitted-by-the-brain/

私たちの脳が、目には見えない極めて微弱な光を常に放っている――。まるでSFのようなこの現象を、カナダの研究チームが頭蓋骨の外から世界で初めて精密に捉えることに成功した。さらに驚くべきことに、その“脳の光”は、私たちが目を開けているか閉じているかといった、脳の活動状態に応じて変化することも突き止めたのだ。この発見は、思考や感情、さらには脳の病気を解き明かす、まったく新しい非侵襲的な診断技術「光脳波記録法（Photoencephalography）」の実現可能性を力強く示すものであり、神経科学の未来に大きな一石を投じている。
「脳は光る」- 知られざる生体光子（バイオフォトン）の世界
そもそも、生物が光を放つという現象自体は、決して目新しいものではない。ホタルのような生物発光とは別に、植物から動物、そして私たち人間に至るまで、あらゆる生物は生命活動の副産物として、肉眼では捉えられないほどの微弱な光子を放出していることが知られている。この光は「生体光子（バイオフォトン）」あるいは「超微弱光子放出（Ultraweak Photon Emission, UPE）」と呼ばれ、その存在は1970年代にドイツの物理学者Fritz-Albert Popp博士によって提唱されて以来、研究が続けられてきた。
では、なぜ光るのか。主な発生源は、私たちの細胞内で行われる「酸化還元反応」にあると考えられている。特に、細胞がエネルギーを生成する過程で生じる活性酸素種（ROS）を無害化する際、分子内の電子がエネルギーの高い状態（励起状態）から低い状態（基底状態）へ戻る。このエネルギーの差分が、光子として放出されるのだ。いわば、生命活動の熱気や息づかいが、光となってかすかに漏れ出ているようなものだ。
中でも脳は、身体の他のどの臓器よりも、そのサイズに比して膨大なエネルギーを消費する。全エネルギー消費量の約20%を占めるとも言われるこの“大食漢”は、常に活発な代謝活動を続けている。したがって、脳はバイオフォトンを特に多く放出しているのではないか、そしてその光には脳の活動に関する貴重な情報が刻まれているのではないか――科学者たちがそう考えるのは、ごく自然な成り行きだった。しかし、その光はあまりにも微弱で、分厚い頭蓋骨に遮られるため、これまで頭の外から直接その活動を捉えることは極めて困難とされてきた。
世界初、頭蓋骨越しに“脳のささやき”を聴く
この高い壁を打ち破ったのが、カナダ・アルゴマ大学の生物学者Hayley Casey氏が率いる研究チームだ。学術誌『Current Biology』に発表された彼らの研究は、まさに神経科学における「概念実証」と呼ぶにふさわしい。

>>6

暗闇の中で行われた精密な実験
研究チームは、この“脳のささやき”とも言えるかすかな光を捉えるため、極めて精密な実験環境を構築した。

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測定実験のセットアップと結果。 (Credit: Casey et al., Curr. Biol., 2025)
実験は、外部の光を完全に遮断した暗室で行われた。20人の被験者は快適な椅子に座り、頭部には脳波（EEG）を測定するためのキャップを装着。そして、脳の光を捉えるため、超高感度の光センサーである「光電子増倍管（PMT）」が頭の周りに配置された。PMTは、光子1個という究極の光量さえも検出できる驚異的なデバイスだ。研究チームはPMTを、視覚情報を処理する「左後頭部」と、聴覚や記憶に関わる「右側頭部」の2箇所に設置。さらに、部屋の背景光（ノイズ）を測定するためのPMTも別に用意し、脳からの信号と明確に区別できるようにした。
被験者は10分間、以下の5つのタスクを順番に実行した。
1. 開眼安静時（2分間）
2. 閉眼安静時（2分間）
3. 音楽聴取時（2分間）
4. 閉眼安静時（2分間）
5. 開眼安静時（2分間）
この間、EEGが脳の電気的な活動を記録し、同時にPMTが放出される光子の数を刻一刻と記録し続けた。

>>6

驚くべき発見：脳の“光”は活動状態を語っていた
暗闇の中から得られたデータを解析した結果、研究チームは3つの画期的な発見を報告した。
発見1：脳の光は「ノイズ」ではなかった
最も基本的な、しかし最も重要な発見は、脳から検出された光が、単なる環境ノイズとは全く異なる特性を持っていたことだ。脳由来の光信号は、背景光に比べて信号の変動性（ゆらぎの大きさ）や情報量（エントロピー）が有意に高かった。これは、脳の光がランダムなノイズではなく、複雑でダイナミックな生命活動を反映した、意味のある信号であることを示唆している。
発見2：光の強さは脳の活動状態で変化した
さらに決定的な発見は、光の放出パターンが脳の活動状態に応じて変化したことだ。特に、被験者が目を開けている時と閉じている時とでは、検出される光子の数に明確な違いが見られた。これは、視覚情報処理のオン・オフといった脳機能の根本的な変化が、バイオフォトン放出のレベルに直接反映されていることを意味する。脳が活発に働いているか、リラックスしているかが、光の強弱となって現れたのだ。
発見3：脳の光は「脳波」とシンクロしていた
極めつけは、バイオフォトンと脳波の間に見られた相関関係だ。特に、リラックスした閉眼時に現れることで知られる「アルファ波」という脳波が強い時、後頭部から検出される光子の数もまた、相関して変化する傾向が見られた。電気的な活動である脳波と、代謝活動を反映する光の放出。この二つの異なる現象が連動していることの発見は、バイオフォトンが脳機能と密接に結びついていることの強力な証拠となる。
「光脳波記録法（Photoencephalography）」が拓く未来
研究チームは、この新しい脳活動の読み出し技術を「光脳波記録法（Photoencephalography）」と名付け、その将来性に大きな期待を寄せている。この技術は、既存の脳機能イメージング技術の限界を補う、新たな可能性を秘めているからだ。
既存技術（fMRI, EEG）との違いは何か？
現在、脳を調べる代表的な非侵襲技術にはfMRIとEEGがある。
• fMRI（機能的磁気共鳴画像法）: 血流の変化を捉えることで、脳のどの部位が活動しているかを高い空間分解能で特定できる。しかし、血流の変化は神経活動より数秒遅れるため、時間分解能が低いのが難点だ。
• EEG（脳波記録法）: 神経細胞の電気的な活動を直接捉えるため、ミリ秒単位の高い時間分解能を誇る。しかし、頭蓋骨によって信号がぼやけるため、活動の正確な場所を特定する空間分解能は低い。
光脳波記録法は、この両者の“いいとこ取り”をできるポテンシャルを秘めている。EEGのように脳活動をリアルタイムに近い高い時間分解能で捉えつつ、fMRIが間接的に見る血流とは異なり、神経活動に不可欠な「酸化代謝」という化学的プロセスをより直接的に反映する可能性があるのだ。つまり、「いつ（時間）」と「何を（代謝活動）」を高次元で両立する、全く新しい脳の窓口となりうる。

下記のAIを併用すれば>>1を完全に解明できる時期が早まる

【AI】OpenAI、「GPT-5.4」をリリース [すらいむ★]
2026/03/06(金) 21:48:40.33
https://egg.5ch.io/test/read.cgi/scienceplus/1772801320/

>>1は
firefoxで言う所のリーダービューで会員登録回避可能

私の仕事を取り出しなさい