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backstory:faster-than-light-communication

超光速通信

転載元:EVEonlineJP Wiki
原文:Scientific Articles:Faster Than Light Communication

Copyright © CCP 1997-2009
原文はCCPに著作権があります

communication.jpg


ワームホール生成技術の習得後、距離については完全に制覇されたと考えられた。にもかかわらず、通信は依然光速で伝送されなければならず、遠く離れた領域の距離はワームホールにより近くなったのに、双方向通信は不可能なままだった。この問題はすぐに、深宇宙探索の最も重大な障害の一つとして認識された。

After mastering the technique of wormhole creation, it was thought that distance had finally been conquered. But despite of this communication still needed to be transmitted at the speed of light, and though wormhole did shorten distances between distant regions, interactive communication remained impossible. This problem was quickly identified as being one of the most important handicap remaining in the conquest of deep space.

アマー人は最初にジャンプゲート技術を習得したので、この問題に最初に直面した。アマー人は国費で大規模に研究を始め、さまざまな抜本的解決策を試したが、成功することはなかった。ついに、彼らはすべての研究をやめ、超高速通信は実現不可能であるという事実を受けいれた。

The Amarrians were the first to master the jump gate technology and thus the first to face the problem. They launched massive state-funded research and tried out several radical solutions, but without success. In the end they stopped all research, accepting the fact that FTL communications were unattainable.

Li Azbelと彼女の同僚は最初のFTL伝送を受け取り、彼らの素晴らしい理論を証明した。

何世紀か後、ガレンテ人とカルダリ人がソティヨ-ウルバータドライブの建造によって同じ問題に直面することになる。装置によりガレンテ人とカルダリ人の居住星系内での超高速航行が可能になり、ドライブを使った船での通信はできたが、それは当然便利な通信機器ではありえなかった。これを解決する研究に対する振興として、ガレンテとカルダリが、この問題の何らかの解決策をもたらした者に莫大な賞金を約束したことで、科学史に刻まれる熱狂的な研究競争が引き起こされることになった。

Centuries later the Gallenteans and the Caldari faced the same problems following the creation of the Sotiyo-Urbaata Drive. The Drive allowed FTL travel within the system the Gallenteans and Caldari lived in and communications with ships using the Drive were naturally impossible with conventional communication devices. To stimulate research in solving this, all both the Gallenteans and the Caldari promised huge awards for anybody who could come with some solution to the problem, which led to one of the most frantic goose hunt in the history of science.

アマー人と同じく、多くの解決策がためされたが成功しなかった。ついに、若きガレンテ人であるリー・アズベルが、シンプルだけれども、難解な物理学に根差した解決策を思いつくことになるが、当初はでっち上げだとして無視された。

Like the Amarrians before them many solutions were tried out, but none with success. Finally it was a young Gallentean woman, Li Azbel, who came out with a solution that was so simple but yet deeply rooted in arcane physics, that at first it was rejected as a hoax.

有名なアズベル-ヴュートリッヒ実験により、その機能性の証明が成功した。産業化はすぐに追随し、結果、何千もの企業が既知宇宙の範囲を拡大させ、最大の株式相場急騰をひきおこした。

It wasn't until the famous Azbel-Wuthrich experiment that the functionality was demonstrated with success. Industrialization quickly followed, leading to one of the greatest stock market surge ever as thousands of companies extended their reach to the whole known universe.

解決策は古来のパラドックスに根差している。しばしばEPRパラドックス1)とよばれこの名前は謎に包まれている。 EPRパラドックスは、いくつかの非常に重要な点における量子物理学の矛盾として有名である。具体的には別の古来の物理理論であるハイゼンベルグの不確定性原理が不正確であることを示すものである。ハイゼンベルグの不確定性原理、この名前は場所か人からきているとみられているが(訳注:人名)、これにより、たとえどんなに精度のよい計測装置をもってしても、量子レベルの粒子の正確な状態を、完全な精度をもって決定することはできない、ということが述べられている。 伝統的に、単体粒子の速度と位置の計測の例が用いられる。粒子の位置を計測するためには、それを'見る'ことができなくてはいけない。これの意味することは、少なくとも1つの光子を使い、粒子を照らすということである。しかし、光子と粒子との衝突によって粒子の速度が変化し、位置を測定される前の速度がなんであったかを決定することが不可能になる。

The roots of the solution lay in an ancient paradox, often called the EPR paradox, the name shrouded in mystery. The EPR paradox is famous for contradicting quantum physics in some very important ways. Specifically it shows another old physic theory, the Heisenberg Uncertainty Principle, to be untrue. The Heisenberg Uncertainty Principle, believed to be named after a place or a person, affirms that the exact state of quantum particle cannot be determined with full accuracy, no matter how refined the measurement equipment is. The classical example being the measurement of the velocity and position of a free particle: to be able to measure the position of a particle you must be able to 'see' it. This means that you have to illuminate it at least with one photon. But the collision between the photon and the particle changes the velocity of the particle, thus making it impossible to determine what the velocity was before the position was measured.

リー・アズベルの推測には、ほとんど知られていない結び目理論の亜種が含まれていた。

EPRパラドックスでは、量子状態が双方のミラーとなるようにもつれた粒子ペアを作ることのできる可能性を論じている。たとえば、位置と速度が (x0,v) , (x0,-v) であたえられた粒子ペアがあったとする。これはすなはちある時間で同じ場所にあるが正確に反対の速度ベクトルを持っているということだが、時間がたつと2つの粒子は遠く離れそれぞれ独立に計測できるようになるはずである。今、例えば粒子Aの位置と粒子Bの速度を計測することにより、EPRパラドックスは2つの粒子の完全な状態を決定できてしまうことになることを指摘する。これはハイゼンベルグの不確定性原理に反する。

The EPR paradox describes the possibility of creating a pair of particle whose quantum state was entangled in such a way as to be mirror of each other. For example a pair or particle with position and velocity given as (x0,v) and (x0,-v), i.e. a pair of particle that at given time are at the same position, but have exactly opposed velocity vectors. After some time, the two particles would be separated by a large distance, and measurement could be done on each of them independently. Now by measuring, say, the position of particle A and the velocity of particle B, the EPR paradox states that you would thus have determined the exact state of both particles, thus violating the Heisenberg relationship.

しかしのちの実験はハイゼンベルグの原理を裏づけ、従ってEPRパラドックスを無効にし、多くを驚かせた。数学的には計測による波動関数の崩壊は一瞬の出来事であるのでこれは問題にならなかった。物理学的な視点からは、より理解困難になった。というのは、これは状態の変化が一瞬にして2つの粒子間で伝搬されたことを暗に意味するからである。これはすぐに超光速通信の方法として提案された。ある粒子の計測をすることにより、離れた粒子の状態を一瞬で変化させることになり、1 bitの情報を送信することになる。この筋書の詳しい数学的解析では、量子力学的な粒子の統計性質により、ノイズのみが伝送されることがわかり、これらの思索は何千年の間埋没することになる。

But later experiments confirmed the Heisenberg principle, thus making the EPR paradox void, to the surprise of many. Mathematically, this didn't cause any problems as the collapse of the wave function due to measurement was an instantaneous happening. From a physical point of view, this was more difficult to comprehend, as it seemed to imply that the state change propagated instantly between the two particles. This was immediately suggested as a way to create faster-than-light communication: by making a measurement on a particle it would lead to an instantaneous change in the remote particle's state, thus transmitting one bit of information. A detailed mathematical analysis of this scenario though showed that due to the statistical nature of the quantum particle, only noise would be transmitted, thus laying to rest these speculations for millenniums.

これがまさにリー・アズベルが問題を取りあげた点で、稀有な洞察により突破口へと導かれた。彼女は、伝送の結果が純粋にノイズしかなかったとしても、ノイズの構造が情報の符号化に使えると論じた。事実、純粋なカオス時系列に至る分岐カスケードがファイゲンバウム定数により記述できる普遍的構造をもつことはよくしられていた。ロジスティック写像とよばれる領域[0,1]で定義されたパラメータ族をとると、任意のランダム配列を生成するような写像のパラメータと初期値が存在する。Azbelは問題を別の側面からみた。すなはち無限のカオス配列があたえられたら、どうしたら初期状態までさかのぼることができるだろうか?信号のもつシャノンの情報エントロピーに最大エントロピー解析を使い、彼女はこの逆問題をとく方法を発明した。 さらに、注意深くもつれた量子状態の測定を調節することで、測定過程で基本的には故意にはいりこませた特殊なノイズの構造が、もう一方の粒子の測定にもちこされるということを実演した。

This is precisely where Li Azbel took up the problem, with a rare insight leading to a breakthrough. She argued that even though the output of the transmission was pure noise, the structure of the noise could be used to encode the information. Indeed, it was well known that the bifurcation cascade leading to purely chaotic time-series had a universal structure, governed by the Feigenbaum constant. Taking a parametric family of functions called logistic maps, defined in the interval [0,1], there existed a parameter and an initial condition of the map that could generate any arbitrary random sequence of number. Azbel considered the problem from the other side, i.e. given a finite chaotic sequence, how could you trace yourself back to the initial condition? By using a maximum entropy analysis on the Shannon information entropy of the signal she devised a way to solve this inverse problem. Furthermore, she demonstrated that by carefully modulating the measurements of tangled quantum states, basically willfully introducing noise in the measurement process itself, that specific noise structure would be carried across to the measurements of the other particle.

その過程は以下のようだった。1バイトの情報をカオス的アトラクタに至るロジスティック写像の初期状態にマップする。このノイズ配列はもつれた粒子対配列の測定の調整につかわれる。同時にもう一方では粒子の測定が行なわれ、ノイズ配列がひきだされる。最大エントロピー解析を行ない、この系がどんな初期状態から生成されたかを決定し、写像し戻し、情報のバイトを得る。この場合送られたノイズ配列は測定される者とは完全に相関がないことに注意。共通点は同じカオス的アトラクタからのものであるということで、それが、実際に距離にかかわらず一瞬で伝送される情報である。

The process was thus the following: A byte of information is mapped on an initial condition of the logistic map leading to a chaotic attractor. This noisy sequence is then used to modulate the measurements done on a sequence of entangled particles. At the same time on the other side, measurements are made on the particles and a noise sequence is extracted. Maximum entropy analysis is then done to determine the initial condition from which this series has been generated and thus map it back to a given byte of information. Note that in this case, the noisy sequence sent is totally uncorrelated to the one measured. What they do have in common is to be from the same chaotic attractor, and that is the information that actually gets transmitted instantly, regardless of distance.

前に述べたとおり、この理論的な結果は当初は信じ難く真実ではないと考えられた。アズベル-ヴュートリッヒ実験は古来のアスペの実験2)ととても似た設定を使い、このチャンネルを通じ、最初の顔文字 :-) が送られ、歴史的瞬間となった。これに続き、誰がこれを産業化するかのゴールドラッシュが始まった。

As stated before, this theoretical result was originally considered to be too incredible, to be true. The Azbel-Wuthrich experiment used a very similar setup as the ancient Aspect experiment, and it was a historical moment when the first Smiley :-) was sent over this channel. Following that, a great gold-rush started on who would be the first to industrialize this.

この結果が見なれた液体ルータで、今日我々が知るように、全世界通信の基礎単位を形成した。数学的な複雑さを無視するとこれらルーターの構造は詐欺的に単純である。製造の最初の段階は、もつれた量子状態を作ることである。これは超流動体の4-ヘリウムで、基本的に全ヘリウム原子がボーズ凝縮により1つの量子状態にもつれさせらてたものを使う。 そのような液体4-ヘリウムの液滴が注意深く2つにわけられる。この点から、2つの液滴、もっと具体的には液滴の中のヘリウム原子は本質的にもつれている。それぞれの液滴が、バイト列を液滴の量子状態測定に符号化復号化する装置を供えた別々のルータボックスに配置される。 この時点からこの2つのルータは距離に関係なく相互に接続される。そして通常、宇宙船がルータペアをネットワークプロバイダから購入する。ボックスの1つは宇宙船に配置され、もう一方は他のルータとの接続をもつネットワークプロバイダの基幹にのこされ、これにより効果的に分散的なネットワークが構築される。ここでメッセージは多くのルータとプロバイダを経由する。この構造は古来のインターネットに似ている。

The result of that rush is the familiar Fluid router, which forms the building block of universal communication as we know it today. Ignoring the mathematical intricacies, the architecture of these routers is deceivingly simple. The first step of their manufacturing is the creation of the entangled quantum states. This is done by using superfluid 4-Helium, where essentially all the Helium atoms are entangled in a single quantum state due to Bose condensation. A droplet of such liquid 4-Helium is then carefully separated in two. From this point, the two droplets, and more specifically the Helium atoms in the droplets are intrinsically tangled. Each droplet is then placed in separate router box, that contain necessary mechanism to encode and decode bytestream into quantum state measurements performed on the atoms of the droplet. From that point on, these two routers are linked together, regardless of their separation. Thus a spaceship will usually buy a router pair from a network provider. One box will be placed in the spaceship, while the other one kept in the network provider’s backbone, that will have connections to other routers, thus effectively forming a decentralized network, where messages can be routed across many routers and many providers. This architecture is similarly to the ancient Internet.

この通信システムの唯一の制限はチャンネルのキャパシタである。実際にはもつれた4-ヘリウム超流動体の生成は高価である。さらに統計的に適切なカオス列が作られる必要があるので、非常に多くの原子がそれぞれのバイトにつかわれる。配列により帯域幅が制限され、1秒間にxバイトの伝送のみが許される。送られたデータの量が利用可能なもつれ原子のプールを使いつくすので、あるルータペアで送ることの出来るデータの総量は制限されている。

The only limitations of this communication system is in the capacity of the channel. Indeed, the manufacturing of the entangled 4-He superfluid is an expensive process. Furthermore, a large number of atoms are used for each byte, as a statistically relevant chaotic sequence needs to be created. The sequencing introduces a limit to the bandwidth, allowing only the transmission of x bytes/second. The amount of data sent then depletes the pool of available entangled atoms, thus limiting the total amount of data that can be sent with a given router pair.

超高速通信サービスは数世紀前に最初登場してから、EVE世界のすみずみまでいきわたった。サービスとルータは独立企業により所有され運営されているのだが、通信チャンネルの安全性とプライバシーを強化し、企業が正しくそのサービスを提供しているか確かめるため、CONCORD 分科委員会により常に監視、制限されている。通信市場の熾烈な競争により、何光年もはなれた人々の間の会話、データ転送、さらにはビジネスが、安価に効率的に、信頼性が実現されている。

The FTL communication services have spread to every corner of the world of EVE since they first appeared a couple of centuries ago. The services and routers, albeit owned and run by independent companies, are under constant scrutiny and regulations by a CONCORD sub-committee to enforce both security and privacy in the communications channels and to make sure the companies are correctly rendering the services they claim. The fierce competition on the telecommunication market makes it cheap, efficient and reliable to talk, transfer data and even conduct business for people light-years apart.

backstory/faster-than-light-communication.txt · 最終更新: 2018/02/07 13:37 by bartlett