今や次世代テクノロジーの代名詞とも言えるような存在になった「量子コンピューター」。従来のコンピューターが何万年、何億年かかっても解けないような問題を即座に解くことができるとも言われている。1985年にイギリスの物理学者デイヴィッド・ドイッチュ（1953〜）が量子コンピューターの基礎となる理論を発表して以来、長い間、世界中の大学などで基礎研究が続けられてきたが、近年はGoogleなどの民間企業も研究開発に参入し、世間からも大きな注目を浴びるようになってきている。

だが、量子コンピューターを巡っては、さまざまな誤解が流布しているようだ。量子コンピューターについて正しく理解するには、ミクロな世界の法則についての理論「量子力学」についての理解が不可欠である。そこで本連載では、量子コンピューターを理解するうえで必須となる項目に焦点を絞って、量子力学の考え方について解説していく。そうすることで、量子コンピューターの現状と未来をより深く理解することができるようになるだろう。

目次

• 量子コンピューターについての４つの誤解
• 量子力学とは「モノ の実在性についての常識を覆した理論」
• 誤解①：量子コンピューターの計算速度は既存のスーパーコンピューターを超えた
• Googleが大々的に発表した「量子超越の実現」の実際のところは？
• 誤解②：量子コンピューターは非常に多くの計算を同時に行うことができる
• 多数の並列計算の結果のうち、実際に得られる結果は一つだけ
• 意味のある計算結果を得るには、問題ごとに「量子アルゴリズム」を見つける必要がある
• 誤解③：量子コンピューターは実用化間近である／すでに一部で実用化している
• 計算途中で生じるエラーをなくすには、膨大な数の量子ビットが必要
• 量子コンピューターでは、数値を見ずに、数値の誤りを検出して訂正する必要がある
• 誤解④：量子コンピューターは近い将来、従来のコンピューターに取って代わる存在になる
• 原理的には「汎用」になりうるが、まずは特定用途の「専用」になる可能性が高い

量子コンピューターについての４つの誤解

量子力学とは「モノ の実在性についての常識を覆した理論」

量子コンピューターに関する誤解には、たとえば、次のようなものがある。

量子コンピューターはその名の通り、量子力学の原理を巧みに利用したコンピューターである。量子力学とは、原子や電子、光などがミクロな世界で起こす現象を説明する、物理学の理論だ。量子力学（量子論）は、アルバート・アインシュタイン（1879〜1955）の相対性理論と双璧をなす、物理学の二大基礎理論の１つだと言える。相対性理論はアインシュタインの知名度もあって、「時間や空間は伸び縮みする」といった内容が世間に比較的広く知られているが、量子力学がどのような理論なのかはあまり広くは知られていないようだ。量子コンピューターを巡るさまざまな誤解は、量子力学の内容が広く理解されていないことに一因があると言えるだろう。

量子力学はある意味で「モノの実在性についての常識を覆した理論」だと言える。私たちの常識では、１つの物体は離れた複数の場所に同時には存在できない。これは当たり前の話だろう。私たちは、東京と大阪に同時に存在するなんてことは、できはしないのだ。しかし量子力学によると、電子のようなミクロな粒子は、たった一つの粒子でも複数の離れた場所に同時に存在しうるとされる。まるで忍者の分身の術のようだ。

存在場所だけではない。たとえば、電子は、右回りに自転する状態と、左回りに自転する状態を同時に取ることができる（正確には、ここでいう自転とは、物理学における「スピン」という量のことを意味している）。このように量子力学によると、ミクロな粒子は複数の状態を同時に取ることができ、これを「重ね合わせ状態」と呼ぶ。重ね合わせ状態は、量子コンピューターの要と言えるものだ。重ね合わせ状態とは何なのかについては、本連載の中で詳しく解説していく予定だ。

なお、近年は「量子アニーリングマシン」という、特殊な問題（組み合わせ最適化問題）を解くことに特化した専用装置も「アニーリング方式の量子コンピューター」などと呼ばれることがある。本連載で量子コンピューターといったら、アニーリング方式ではなく、従来からある、さまざまな計算を行うことができる「ゲート方式の量子コンピューター」のことなので、注意してほしい。