虚数「i」を観測するには、どうすればよいのでしょうか。

鍵となったのは、近年導入された「虚数の資源理論」です。この理論は、虚数を、実数と同様に資源として扱うという新たな視点をもたらしました。

この理論を用いることで、量子情報における虚数の役割を詳しく研究できるようになりました。

実際の実験では、量子もつれ状態にある光子ペアが選ばれました。量子もつれとは、二つの粒子が互いに強い相関を持ち、一方の状態が確定すると、もう一方の状態も瞬時に決まるという現象です。

これまでの研究では、観測によって確認できるのは、光子の状態の「実数」部分のみでした。しかし、光子は粒子と波の両方の性質を持つため、正確な状態を表すには、実数と虚数を組み合わせた情報が必要となります。

そこで、研究者たちは、レーザーと結晶を用いた装置で、実数部分は同じだが、虚数部分だけが異なる二つのもつれ状態の光子ペア（状態Aと状態B）を作り出しました。この二つの状態を区別するためには、必ず虚数部分の情報が必要となります。

次に、このペアの一方の光子を第三者に送り、情報を読み込ませました。その結果、第三者は虚数部分の情報に基づいて、送られてきた光子の状態だけでなく、もつれ状態にあるもう一方の光子の状態も識別することに成功しました。

この結果は、量子世界の虚数部分が観測可能であるだけでなく、情報資源として利用できることを示しています。