光の探求から生まれた量子・量子の歴史

「光とは何か」。「光は波なのか、粒なのか」。多くの科学者が議論を重ねていた1807年、ヤングの干渉実験により、光は波であると証明されました。しかしその後、1900年にプランクが光のエネルギーがとびとびになることを発見。1905年には、アインシュタインにより、光電効果を説明する「光量子仮説」が提唱されました。光は、波であると同時に粒の性質も持つ「光子（フォトン）」であると結論付けられました。同じころ、実験技術の進化とともに、電子や原子といった粒子にも、波の性質があることが発見されました。
1800年代の末ごろまでにはすでに、ニュートン力学やマクスウェルの電磁気学、熱力学や流体力学といった物理学は確立していました。これらの理論は完璧で、物理学にこれ以上の新しい進展はないと考えられていましたが、1900年ごろになって、原子や電子などミクロな世界の姿が少しずつ明らかになり始めると、黒体放射や光電効果といった、古典物理学の理論では説明できない現象が確認されました。物理学者たちは思いがけない矛盾に当惑しながらも、真実に向き合うことをあきらめませんでした。そして生まれたのが、それまでの理論とは全く異なる「量子」という概念だったのです。1900年代前半は、多くの科学者によって量子論が展開、さらに数式化された量子力学が目覚ましく進展していきました。

1940年ごろには、量子力学に基づいた電子の制御が確立しました。光量子仮説、波動関数、不確定性原理など量子力学を利用した半導体技術が、コンピュータや通信機器、医療、工業、農業や教育などあらゆる場面で、私たちの暮らしを支えるまでになりました。

量子状態を精密に制御し、量子もつれなどの量子特有の性質を最大限に活かす「量子技術2.0」と呼ばれる新技術の研究開発が世界中で加速しています。その代表例は、量子コンピューター、量子ネットワーク、量子センサなどです。これらが実現すると、私たちの未来の社会はさらに大きく様変わりすると言われます。それ自身も量子の性質をもつ光ですが、量子状態を精密制御するための道具としても利用され、その可能性は、第2次量子技術革命の鍵をにぎっています。