ニューラルネットワークで「開いた量子系」を学習する – 機械学習と量子物理学の融合

窓の開いた部屋は、開いた系 エアコンを使い始めた季節に、部屋の窓をうっかり開けたまま過ごし、思ったほどの心地よさが得られなかった経験はありませんか？ これは、外界とのあいだで空気をやりとりしてしまい、室温の調節が効かなくなってしまうためです。物理学の世界では、「窓の開いた部屋」と「窓の閉じた部屋」の概念を抽象化して、外部との相互作用を通じてエネルギーや粒子が流出入するものを「開いた系」、逆に完全に遮断されたものを「閉じた系」と呼んでいます。 閉じた系と開いた系の違いが顕著に現れるのが、長時間経過した後の「定常状態」です。このことを理解するために、先ほど述べた部屋の温度について考えてみましょう。窓を「閉じた」系では、周りから遮断されることで、エアコンの効いた快適な時間を過ごすことができます。一方で、窓を「開いた」系にしてしまえば、熱や空気が流れ、やがて屋外と変わらない環境になってしまいます。