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量子コンピュータってどんなもの?~仕組みと可能性について解説~

量子コンピュータってどんなもの? 仕組みと可能性について解説

量子コンピュータを紐解こう!

にゃんこ師匠にゃんこ師匠
ミツオカは、「量子コンピュータ」を知っておるか?
ミツオカミツオカ
知ってます!なんか凄いコンピュータですね!
にゃんこ師匠にゃんこ師匠
まぁそうなんじゃが、もっと具体的には?
ミツオカミツオカ
知りません!どうせ教えてくれるんでしょ?
にゃんこ師匠にゃんこ師匠
わしゃ、しゃべりたがりおじさんか!
それじゃあ「量子コンピュータとは何ぞ?」の話、いってみよかの~

量子コンピュータって?仕組みと可能性を探る

量子コンピュータって?仕組みと可能性を探る

最近話題の「量子コンピュータ」は、一体どんなもので、何ができるのでしょうか?

また、量子コンピュータの未来には、何が待っているのでしょうか?

今回は、そんな量子コンピュータの謎について、探っていきたいと思います!

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量子コンピュータの仕組み

量子コンピュータの仕組み

「量子コンピュータ」という単語を分解すると、「量子」+「コンピュータ」となりますね。

まずは、このそれぞれの言葉の意味から、理解を深めていきましょう!

量子とは

まず、物質を細かく分割していくと、「原子」に行きつきます。

私たちの体も、もちろん原子の集まり。

原子は、原子核と電子など、もっと細かく分解できますね!

実はこれらは、ただの「粒子」であるわけではなく、「」にもなります。

このような、二面性をもった存在を、「量子」と呼ぶのです。

量子と言えば、「2重スリット実験」が有名ですよね!

コンピュータとは

コンピュータでは、電気信号の「オン・オフ」を、2進数の「1」と「0」として扱います。

つまりコンピュータとは、全ての情報を、「1」と「0」のデータにして計算している機械なわけです。

ちなみに、この「1」と「0」の情報の単位は、「ビット」と呼ばれています。

量子コンピュータとは

量子コンピュータも、もちろんコンピュータの仲間です。

計算の基本単位は、通常のコンピュータとは違い、「量子ビット」と呼ばれてます。

まず、通常のビットの状態は、「0」か「1」のどちらかですよね?

ところが、量子の世界では、次のように3つの状態があるのです。

  1. 「0」の状態
  2. 「1」の状態
  3. 「0」と「1」が重ね合わさった状態

量子が持つ波の性質により、「0であり1でもある」となるわけですね!

つまり、あらゆる状態の量子ビットを操作して、量子コンピュータは計算をするのです。

量子ビットの計算も、足し算や掛け算などの、基本的な演算回路が備わっています。

量子コンピュータの計算

従来のコンピュータでは、同じデータを入力して同じ計算を行えば、必ず同じ結果が出ますよね?

ところが、量子コンピュータでは、結果が計算するたびに変化することがあります

量子コンピュータは、波の状態で計算し、粒子の状態で結果を出します。

曖昧な波の状態を観測して、粒子の状態として確定するときに、結果が変動するのです。

ただ、全くバラバラで、意味のない答えになるわけではありません。

結果の可能性が、「1~4」まであるとして、

  1. 約70%の確率で「2」が出る
  2. 「1」は絶対に出ない

といったように、明確な傾向があるのです。

量子コンピュータが出す答えは、あくまで確率的なもの。

とはいえ、量子の性質をうまく使えば、超高速な計算ができるようになります。

ミツオカミツオカ
なるほど!コンピュータと言えど「量子コンピュータ」には得意な分野があるということですね!?
にゃんこ師匠にゃんこ師匠
そうじゃな。この存在のおかげで、社会に大きな変化が起きるかもしれんぞ!

量子コンピュータで変わる社会

量子コンピュータで変わる社会

量子コンピュータでは、これまで解けなかった問題を、サクッと解いてくれるかもしれません。

というのも、現在のスーパーコンピュータでも1万年かかる問題を、量子コンピュータでは200秒ほどで計算できてしまうため。

恐ろしいほどの進化ですね…!

では具体的に、どんな変化があるのかも見ていきましょう!

材料計算

材料計算とは、新素材を開発するための計算のことです。

物質中にある電子の動きを、コンピュータを使って計算します。

この計算にかかる時間は、今までのコンピュータだと、なんと年単位。

かなりの時間を要します…。

ちなみに、電子は量子としての性質を持つので、量子コンピュータとの相性はバッチリ!

つまり、材料計算を量子コンピュータで行えば、かなりの時間短縮が期待できるわけです。

量子コンピュータによって、

  1. 大容量かつ小型のバッテリー
  2. 強くて耐久性が高い建築材料
  3. 新薬の開発

などの開発が、短期間できるようになれば、社会に与える影響は大きくなりそうですね!

機械学習

ここ数年、注目を集めているのが、「機械学習」や「深層学習(ディープラーニング)」です。

顔識別を本人認証に利用したり、歩行者や障害物を認識して車を自動運転できるようにしたりと、その活用範囲は広がりつつありますね!

ただ機械学習では、膨大なデータが必要になり、計算量もかなりのもの。

その計算を効率的に行うのに、量子コンピュータが役立つわけです。

量子コンピュータを使えば、少数の量子ビットで、多くのパターンを表せます。

結果として、計算量を少なくすることができるわけですね!

社会問題を解く

量子コンピュータの爆速な計算能力を活用すれば、社会に存在する問題も、良い方向に導いてくれるかもしれません。

たとえば、量子コンピュータが叶える問題解決として、

  1. 路線やルート検索の最適化
  2. 道路の混雑解消
  3. 金融資産などのポートフォリオの最適化
  4. 情報セキュリティの向上

などがあります。

とはいえ、まだこれからの技術でもあるので、実用化するには、もう少し時間がかかりそうです。

ミツオカミツオカ
あのスパコンよりも、圧倒的に計算速度が速いとは驚きですね…。
にゃんこ師匠にゃんこ師匠
そうじゃな!実用化されるのが楽しみで堪らんの!

さいごに

今回は、量子コンピュータの仕組みや、社会に与える可能性について紹介してきました。

「量子」の奇妙な性質が、これからのコンピュータの技術を、大きく進歩させることになりそうですね!

量子コンピュータによって、どんな未来が実現されるのか、今からワクワクします!

記事を書いた人

\ 3度のメシより技術が好き /
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さいごの一言

にゃんこ師匠にゃんこ師匠
どうじゃったかな?量子コンピュータの話は
ミツオカミツオカ
あまりに処理能力が進化しすぎて…、とにかく驚きの連続です
にゃんこ師匠にゃんこ師匠
そうじゃな!今までの常識が覆されるようなもんじゃしな
ミツオカミツオカ
実用化された後の世界がどうなるか楽しみですね!ワクワクします!

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