【模擬テスト】冷却原子を用いた固体の量子シミュレーションとは？

量子シミュレーションで新しい物質の特性を探る！

シミュレーションとは「模擬テスト」をすることです
ものづくりでは頻繁に本物に似せたミニチュア版を使って、実物がどのように動くか模擬テストを行います
たとえば、たくさんのコンピュータにゲームとして車を運転させ、お盆の東名高速道路の混雑具合を予測したりします
コンピュータの性能が上がり、さらに複雑なシミュレーションが可能となってきましたが、実は量子力学のルールで動いている「量子システム」は、いまのコンピュータでは非常にシミュレートしづらいということが知られています

そこで出てきたアイデアが、「量子シミュレーション」です
１９８１年、アメリカの物理学者リチャード・ファインマンは、講演で「量子システムをシミュレートするなら量子力学に基づく方法でやったほうがよい」と提案しました
現在行われている多くの量子シミュレーションは、「操作しやすい量子実験を使って、別のものを模倣」しています
その１つが冷却原子を用いた固体の量子シミュレーションです

固体の中では原子が並んだ結晶格子と呼ばれる、ある意味迷路のような構造の中を電子が飛び回っています
壁にぶつかったり、通路をまっすぐ進んだりを繰り返して動く電子の様子がこの固体の性質、たとえば導体、絶縁体、半導体、超伝導体といったものを決めていきます
行き詰まってどこにもいけない電子だらけなのが絶縁体、壁をスルッとすり抜けながら進むのが超伝導体という具合です

冷却原子を用いた量子シミュレーションでは、真空チャンバー（真空槽）の中に強いレーザー光を発射し、プロジェクターの要領で気ままな「迷路」のパターンを空中に描いていきます
レーザー光で壁や通路の中を原子がどのように飛んでいくのかを調べると、まるで電子が固体の中を飛んでいくように振る舞っているのがわかります
このレーザー光の「迷路」の形を変えると、各種物質の「模擬テスト」ができるようになります

こうした量子シミュレーションは、現在、室温超伝導体など新しい素材からブラックホールにおける「ホーキング放射」など、基礎から応用までさまざまな分野で研究がされているのです

冷却原子を利用した固体の量子シミュレーション

固体の迷路で動けない電子

固体の迷路でスルスル動いていく電子

熱伝導体

固体の中には原子が並んだ結晶格子（結晶内で粒子配列構造を表すもの）があるが、これは一種の迷路のような状態
その中を電子が飛び交い、そのときの電子の様子で導体や絶縁体、半導体、超伝導体などが決まる

レーザーを使った物質の「模擬テスト」

レーザーと原子を用いた「仮想の固体」



冷えた原始・レーザーで描く光の迷路

冷却原子を使って真空チャンバーの中に強力なレーザー光を発射し、空中にさまざまな迷路を描いていく
原子の飛び方を調べると電子が固体の中をどのように動くのかがわかる
迷路の形を変えることでいろいろな物質の「模擬テスト」ができ、各種素材の特性が試せる


シミュレーションとは「模擬テスト」することだけど、砂浜に砂山をつくってトンネルを掘ると、砂の湿り気や砂の固め方でトンネルの強度が変わるし、割り箸などで橋をつくって強度を試したりする
これはミニチュアで実際のものがどう動くかテストすること
それとは別に道路の混雑具合を計算でシミュレートしたりすることもあるんだね

【出典】『眠れなくなるほど面白い 図解 量子の話』著：久富隆佑、やまざき れきしゅう

（この記事は、ラブすぽの記事で作りました）

シミュレーションとは「模擬テスト」をすることです
ものづくりでは頻繁に本物に似せたミニチュア版を使って、実物がどのように動くか模擬テストを行います
たとえば、たくさんのコンピュータにゲームとして車を運転させ、お盆の東名高速道路の混雑具合を予測したりします
コンピュータの性能が上がり、さらに複雑なシミュレーションが可能となってきましたが、実は量子力学のルールで動いている「量子システム」は、いまのコンピュータでは非常にシミュレートしづらいということが知られています

そこで出てきたアイデアが、「量子シミュレーション」です
１９８１年、アメリカの物理学者リチャード・ファインマンは、講演で「量子システムをシミュレートするなら量子力学に基づく方法でやったほうがよい」と提案しました
現在行われている多くの量子シミュレーションは、「操作しやすい量子実験を使って、別のものを模倣」しています
その１つが冷却原子を用いた固体の量子シミュレーションです

【模擬テスト】冷却原子を用いた固体の量子シミュレーションとは？

固体の中では原子が並んだ結晶格子と呼ばれる、ある意味迷路のような構造の中を電子が飛び回っています
壁にぶつかったり、通路をまっすぐ進んだりを繰り返して動く電子の様子がこの固体の性質、たとえば導体、絶縁体、半導体、超伝導体といったものを決めていきます
行き詰まってどこにもいけない電子だらけなのが絶縁体、壁をスルッとすり抜けながら進むのが超伝導体という具合です

こうした量子シミュレーションは、現在、室温超伝導体など新しい素材からブラックホールにおける「ホーキング放射」など、基礎から応用までさまざまな分野で研究がされているのです




眠れなくなるほど面白い 図解 量子の話: 量子の世界を知らずして たぶん 未来は語れない。 単行本

物理の世界を一変させた量子（力学）論
相対性理論もかなり「ぶっとんだ」理論だが、量子（力学）論も「ぶっとんだ」凄い理論だ
この驚異の量子の世界を追う

ＮＹ株は小幅に反発、日経平均株価は続伸

連休明けの１８日（現地時間）のＮＹ株（ダウ平均株価）は、米連邦公開市場委員会（ＦＯＭＣ）の議事要旨の発表を翌日に控える中、小反発し、終値は前営業日比１０ドル２６セント高の４万４５５６ドル３４セント

ハイテク株中心のナスダックは１４．４９ポイント高の２万００４１．２６

Ｓ＆Ｐ５００は１４．９５ポイント高の６１２９．５８



１８日（日本時間）の日経平均株価は続伸し、終値は前日比９６円１５銭高の３万９２７０円４０銭だった、１７日の欧州株式市場の動きを手掛かりに防衛関連銘柄が物色された、国内の長期金利の上昇を背景に銀行株も買われた、円相場の上昇一服で自動車株も高かった、日経平均の上げ幅は一時３００円を超えた

（この記事は、ネットニュースの記事で作りました）

『古代中国の杖刑』お尻ペンペンはどれくらい痛かったのか？

杖刑とは何か？

杖刑（じょうけい）は、古代中国で広く行われた刑罰の一つで、罪人を杖（つえ）で打つことで苦痛を与えることを目的としていた

特に、お尻を打つ「臀杖」が一般的で、その痛みと屈辱によって罪人を懲らしめる効果があった

杖刑の起源は古く、周代（紀元前１０４６年～紀元前２５６年）にはすでに存在していたとされている

その後、秦や漢の時代を通じて刑罰制度として確立され、唐代（６１８年～９０７年）にはさらに細かな規定が整えられた

杖刑は、単に身体的な苦痛を与えるだけでなく、罪人に屈辱を感じさせることで、社会的な秩序を維持する役割も果たしていた
特に、官僚や役人に対する懲罰としても用いられ、権力者に対する抑止力として機能した

杖刑の道具と行刑方法

杖刑に使われる「杖」は単なる棒ではなく、厳格な規格が定められていた

唐代の法律書『唐律疏議』によれば、長さ３尺５寸（約１メートル）、太さは根本が６ミリ、先端が４．５ミリと定められていた
重罪者に対しては、より硬い木材（ナツメやクワなど）で作られた杖が使用され、皮膚を破り筋肉に深い損傷を与えるように設計されていた

唐代の杖刑は、罪の重さに応じて１０回から１００回までの範囲で打つ回数が決められていたが、宋代以降になると、「一頓杖」という形式が普及し、特に軽罪や官僚に対する刑罰として４０回から６０回の範囲で執行されるようになった

熟練の行刑人は、罪人の年齢や体格を見極め、痛みを最大化するために打つ角度や強さを調整したという

このように杖刑は単なる暴力ではなく、法律で細かく規定された「制度」だった

刑具の材質や打撃回数が条文で定められ、行刑後には担当官吏が皮膚の損傷度を検査する仕組みも存在した

杖刑の痛みはどれほどだったのか？

杖刑の痛みを理解するには、身体的な損傷と心理的な苦痛の両面から検討する必要がある

唐代の記録や現代の知見を組み合わせて、その程度を具体的に推測する

１．身体的な痛み

唐代の医学書『外台秘要』には、杖刑による外傷とその治療法が記録されている

この書によると、杖刑後に以下のような症状が現れるとされる

表皮の損傷：３０回程度の打撃で皮膚が裂け、出血を伴う

筋肉の損傷：５０回以上の打撃で臀部の筋肉が損傷し、座ることが困難になる

骨への影響：１００回近くの打撃で大腿骨にひびが入る場合もあり、歩行が難しくなる

現代の力学的分析によれば、竹や木の杖による1回の打撃は約８０ニュートンの衝撃力を持つとされる

これは、８ｋｇの重りを一瞬で受けるような衝撃に相当し、皮膚や筋肉に深刻なダメージを与えるのに十分な力である

一方、痛みの感じ方は個人差が大きく、特に５０回以上の打撃が加わると、臀部の組織が損傷し、耐えがたい痛みが生じると推測される

２．心理的な苦痛

前述したように杖刑は肉体的な苦痛だけでなく、心理的な苦痛も伴った

杖刑を受ける者は、公開の場で下半身を露出させられ、多くの人々に見られる
その羞恥心は肉体の痛み以上に耐え難い
特に女性にとっては屈辱的で、杖刑を受けることで、その女性の名誉は完全に失墜し、社会的な死を宣告されたも同然だった

また、行刑人が打撃の強さや回数を調整できるため、受刑者は「次の一撃がどれほどの苦痛をもたらすか」という恐怖と不安にさらされた

この心理的ストレスは、現代で言うＰＴＳＤ（心的外傷後ストレス障害）を引き起こす可能性は十分にあっただろう

3. 痛みの持続期間

あくまで現代の知見による推測だが、回復期間は以下のように考えられる

軽傷（３０回以下）：約１週間で回復
中傷（５０回程度）：１ヶ月以上の療養が必要
重傷（１００回以上）：生死に関わる重篤な状態に至る場合もある

杖刑の社会的背景と役割

杖刑は、古代中国社会において単なる刑罰にとどまらず、秩序維持や権力構造を支える重要な手段でもあった

まず、杖刑は官僚統制の一環として用いられた
汚職や怠慢といった不正行為を犯した役人に対し、公開の場で執行されることが多く、権力の乱用を抑制する効果があった

さらに、杖刑の適用は社会的階層によって異なった

貴族や高級官僚は、賄賂によって刑罰が軽減されたり、罰金で済むことも多かったが、庶民には厳しい刑が科されることが一般的であった

杖刑が映し出す古代中国の「法に守られた残酷」

杖刑の真の恐ろしさは、痛みそのものではなく「法律で正当化された暴力の体系化」にあるだろう

刑具の寸法から打撃回数まで細かく定められたように、これは国家が「合法的な痛み」を設計したことを意味する
現代の感覚で言えば、まるで「痛みのマニュアル化」である

注目すべきは、この制度が権力の二重性を巧妙に利用していた点だ

例えば、官僚への杖刑は「法の平等」をアピールする一方、皇帝が刑を減免すれば「慈悲深い支配者」というイメージを演出できた
痛みは、民衆への脅しとしても、権力者の温情を示す道具としても使われたのだ

さらに重要なのは「死の責任回避」という機能である

１００回の打撃で死に至らしめても、それは「過失死」であって「死刑」ではない
しかし法文上は「体刑」に分類されるため、支配者は道義的責任を問われずに済んだのだ

この「死の責任回避の仕組み」も、千年にわたり杖刑を持続させた一因であろう

現代から見れば非人道的な刑罰だが、その本質は暴力の制度化である

痛みを計測し、執行をルール化し、死を不可視化する
古代中国の権力者は法と暴力を巧みに利用し、社会秩序を維持していたのである

参考 : 『史記』『漢書』『唐律疏議』他
文 ／ 草の実堂編集部

（この記事は、草の実堂の記事で作りました）

杖刑（じょうけい）は、古代中国で広く行われた刑罰の一つで、罪人を杖（つえ）で打つことで苦痛を与えることを目的としていた
特に、お尻を打つ「臀杖」が一般的で、その痛みと屈辱によって罪人を懲らしめる効果があった

杖刑の起源は古く、周代（紀元前１０４６年～紀元前２５６年）にはすでに存在していたとされている
その後、秦や漢の時代を通じて刑罰制度として確立され、唐代（６１８年～９０７年）にはさらに細かな規定が整えられた

杖刑は、単に身体的な苦痛を与えるだけでなく、罪人に屈辱を感じさせることで、社会的な秩序を維持する役割も果たしていた
特に、官僚や役人に対する懲罰としても用いられ、権力者に対する抑止力として機能した


杖刑の痛みはどれほどだったのか？
杖刑の痛みを理解するには、身体的な損傷と心理的な苦痛の両面から検討する必要がある
唐代の記録や現代の知見を組み合わせて、その程度を具体的に推測する

１．身体的な痛み

唐代の医学書『外台秘要』には、杖刑による外傷とその治療法が記録されている
この書によると、杖刑後に以下のような症状が現れるとされる

表皮の損傷：３０回程度の打撃で皮膚が裂け、出血を伴う
筋肉の損傷：５０回以上の打撃で臀部の筋肉が損傷し、座ることが困難になる
骨への影響：１００回近くの打撃で大腿骨にひびが入る場合もあり、歩行が難しくなる

現代の力学的分析によれば、竹や木の杖による１回の打撃は約８０ニュートンの衝撃力を持つとされる
これは、８ｋｇの重りを一瞬で受けるような衝撃に相当し、皮膚や筋肉に深刻なダメージを与えるのに十分な力である

一方、痛みの感じ方は個人差が大きく、特に５０回以上の打撃が加わると、臀部の組織が損傷し、耐えがたい痛みが生じると推測される

２．心理的な苦痛

前述したように杖刑は肉体的な苦痛だけでなく、心理的な苦痛も伴った

杖刑を受ける者は、公開の場で下半身を露出させられ、多くの人々に見られる
その羞恥心は肉体の痛み以上に耐え難い
特に女性にとっては屈辱的で、杖刑を受けることで、その女性の名誉は完全に失墜し、社会的な死を宣告されたも同然だった
また、行刑人が打撃の強さや回数を調整できるため、受刑者は「次の一撃がどれほどの苦痛をもたらすか」という恐怖と不安にさらされた
この心理的ストレスは、現代で言うＰＴＳＤ（心的外傷後ストレス障害）を引き起こす可能性は十分にあっただろう

３．痛みの持続期間

あくまで現代の知見による推測だが、回復期間は以下のように考えられる

軽傷（３０回以下）：約１週間で回復
中傷（５０回程度）：１ヶ月以上の療養が必要
重傷（１００回以上）：生死に関わる重篤な状態に至る場合もある


杖刑の社会的背景と役割

杖刑は、古代中国社会において単なる刑罰にとどまらず、秩序維持や権力構造を支える重要な手段でもあった
まず、杖刑は官僚統制の一環として用いられた
汚職や怠慢といった不正行為を犯した役人に対し、公開の場で執行されることが多く、権力の乱用を抑制する効果があった
さらに、杖刑の適用は社会的階層によって異なった

貴族や高級官僚は、賄賂によって刑罰が軽減されたり、罰金で済むことも多かったが、庶民には厳しい刑が科されることが一般的であった

杖刑が映し出す古代中国の「法に守られた残酷」
杖刑の真の恐ろしさは、痛みそのものではなく「法律で正当化された暴力の体系化」にあるだろう
刑具の寸法から打撃回数まで細かく定められたように、これは国家が「合法的な痛み」を設計したことを意味する
現代の感覚で言えば、まるで「痛みのマニュアル化」である

注目すべきは、この制度が権力の二重性を巧妙に利用していた点だ
例えば、官僚への杖刑は「法の平等」をアピールする一方、皇帝が刑を減免すれば「慈悲深い支配者」というイメージを演出できた
痛みは、民衆への脅しとしても、権力者の温情を示す道具としても使われたのだ

さらに重要なのは「死の責任回避」という機能である

１００回の打撃で死に至らしめても、それは「過失死」であって「死刑」ではない
しかし法文上は「体刑」に分類されるため、支配者は道義的責任を問われずに済んだのだ
この「死の責任回避の仕組み」も、千年にわたり杖刑を持続させた一因であろう
現代から見れば非人道的な刑罰だが、その本質は暴力の制度化である

痛みを計測し、執行をルール化し、死を不可視化する
古代中国の権力者は法と暴力を巧みに利用し、社会秩序を維持していたのである

（当時は「人権」・「非人道」などはほとんどなかったともいえるかも）


酷刑: 血と戦慄の中国刑罰史 単行本

中国の刑罰にはとても厳しいものもあったという
現在の感覚では残虐ともいえる中国刑罰史