スーパー秋葉原

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量子テレポーテーション



史上初、水中での量子テレポーテーションに成功

中国の科学者は海水の中でもつれた粒子間の情報送信に成功した。この種の量子通信としては史上初の快挙だ。

 

情報は海水が入った3.3メートルの水槽の中で送信された。同じ技術を用いれば、海で900メートル近い距離のハッキング不可能な通信を行えるそうだ。例えば、潜水艦同士の通信などでの応用が考えられる。


量子テレポーテーションと量子のもつれ

量子テレポーテーションとも呼ばれる量子通信は、物理法則によって通信を傍受しようとする企てからセキュリティを保つ。それは究極の暗号である。


その基礎にあるのは、かのアインシュタインが「不気味な遠隔作用」と評した量子もつれだ。量子もつれとは、2つの粒子が表裏一体であり、一方に生じたことがその距離にかかわりなく他方に伝わる性質のことである。


この原理を応用して、すでに光ファイバーや宇宙空間における長距離間の情報の”テレポート”に成功している。今年初め、中国の研究チームが地上から500キロ上空を周回している人工衛星に情報をテレポートさせた。


水中で初となる量子テレポーテーション

しかし、これまで同じことが水中で試みられたことはなかった。水中にはビームが拡散されてしまうという難しさがあるからだ。空気中のレーザー光線を水に向ける場面を想像してもらえばいい。


今回の実験で、上海交通大学の研究チームは黄海から海水を採取し、それを実験室内に設けられた3メートルの水槽に入れた。


次にクリスタルを通じて光のビームを照射し、もつれた光子のペアを作成。一方の光子が偏向すると、他方は必ず逆の偏向をことになる。

粒子は水槽の両端に設置され、両者の間は海水で満たされていたが、98パーセントの精度で情報の通信が行われたことが示された。


実験はまだはじまったばかり

こうした研究はまだ初期段階にある。今回の実験結果の再現性が他の専門家によって確認される必要があることは言うまでもないが、より長距離間の通信や海水で満たさなかった場合の通信が可能であるかもまだ不明なままだ。


しかし研究チームの計算からは、海においても885メートルまで量子通信が可能であると予測されている(一方、『New Scientist』のレポートでは、120メートルという計算結果もある)。


水中において量子通信が可能な距離については、今後の調査が待たれる。しかしひとまず、それが可能であることが実証された。その限界が押し上げられるのも時間の問題だ。




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日記

暗黒DNA



「暗黒DNA」の存在が進化の定義を変える可能性が示唆される(英研究)

DNAは生物の遺伝情報のほとんど全てを担う分子であり、基本的には塩基配列の形で符号化されている。


DNAを構成するヌクレオチドの結合順序(塩基配列)を解明するDNAシーケンシング技術は、昔から人類が問い続けてきた動物に関する疑問の理解を進める手助けをしてくれた。

この技術で動物のゲノムをマップ化し、キリンが長い首を持ち、蛇が細長く伸びた理由の解明を進めることができた。さまざまな動物のDNAを比較することで、それぞれがなぜそのようなやり方で進化したのか探れるようになったのだ。

しかしかえって分からないことも出てきた。一部の動物のゲノムには生存に不可欠なはずの特定の遺伝子が欠けているようなのだ。


だがそれは欠けているわけではなく、隠されていたのだ。

そうした行方不明のDNAは”暗黒DNA(dark DNA)”と呼ばれている。そして、その存在は我々の進化に対する理解を変えてしまう可能性がある。


ネズミの実験で明らかとなった行方不明の遺伝子

英オックスフォード大学のアダム・ハーグリーブス氏が、この現象に初めて遭遇したのはデブスナネズミPsammomys obesus)のゲノムを解析しているときであった。

特定の動物が2型糖尿病になりやすい理由を知ることが狙いで、主にインシュリンの産生に関する遺伝子を調べていた。

しかしインシュリンの分泌を制御するPdx1という遺伝子を調査していたとき、周辺の他の87個の遺伝子諸共それがないことに気がついた。

Pdx1を含め、欠けている遺伝子は動物の生存に不可欠で、それがなければ生きられないはずのものだ。それなのになぜ?

その答えの最初の手がかりは、スナネズミの体の組織にあった。そこで発見された化学物質は、消えた遺伝子からの指示によって作り出されるものだった。

こうしたことが起きるのは、ゲノムのどこかに遺伝子が存在する場合のみである。したがって、それらは消えたのではなく、隠されているだけであることを示唆していた。


きわめて検出の難しい暗黒DNA

これらの遺伝子のDNA配列にはATGCのうちG分子とC分子が非常に多い。

GCが豊富な配列は特定のDNAシーケンシング技術に問題を起こすことが知られている。このため目当てだった遺伝子が欠けているというよりは、検出が難しかった可能性の方が高い。


このことから隠された遺伝子を、宇宙の25パーセントを占めるが直接観測ができないダークマター(暗黒物質)にならい、”暗黒DNA”と呼ぶことにした。

また、スナネズミのゲノムの調査からは、その一部は他のげっ歯類に比べ突然変異が多いことも判明した。


この突然変異スポットの遺伝子はいずれもGCが非常に多いDNAを持っており、標準的な手法では検出が難しいほどに突然変異が進んでいる。

過剰な突然変異は遺伝子の働きを阻んでしまうことがしばしばだが、スナネズミのそれはどうにか役割を果たしている。これは遺伝子にとって相当に困難な作業だ。

こうした暗黒DNAは鳥類でも発見されている。それはレプチンに関係する遺伝子などで、検出までに長年がかかった。やはりGCが豊富で、その生産物が鳥の体の組織から発見されている。


暗黒DNAが進化に影響を与えていた可能性

ほとんどの教科書では、進化の定義について、2段階で発生すると述べられている。突然変異とそれに続く自然選択だ。

DNAの突然変異は一般的かつ継続的なプロセスで、完全にランダムに起きる。そして自然選択が、生殖の成功率に基づき、その突然変異を受け継がせるかどうか判定する。

つまり突然変異が生物のDNAにバリエーションをもたらし、自然選択がその合否を判断し、進化の方向性にバイアスをかけるということだ。

しかしゲノム内に突然変異のホットスポットがあるということは、特定の場所にある遺伝子は他よりも高い確率で変異するということだ。

このことは、こうしたホットスポットが正しく評価されていないメカニズムで、やはり進化の方向性を変えているのかもしれないことを意味している。すなわち自然選択は唯一の駆動力ではないのかもしれない。


これまで2種のかなり異なる種に暗黒DNAが存在するらしいことが分かっている。しかしそれがどの程度一般的なことなのかどうかは不明だ。

どの動物のゲノムにも暗黒DNAが含まれているのか、そうでないなら、なぜスナネズミと鳥には存在するのかも分からない。


だが最も興味深いのは暗黒DNAが進化に与えた影響だろう。

スナネズミの例では、突然変異スポットはネズミに砂漠への適応を可能にした可能性がある。一方、この突然変異は自然選択によって有害な変異が取り除かれる前に生じた可能性もある。

仮にそうなら、有害な変異はスナネズミを現在の砂漠環境の外では生きられないようにしていることも考えられる。

この奇妙な現象の発見は、遺伝子の変化の仕方や、これまでのDNAシーケンシングプロジェクトで見落とされた遺伝子がある可能性のではないかといった疑問を浮かび上がらせる。また前に戻り、より綿密に調査するしかないだろう。




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