量子コンピューターとは
なぜ「量子コンピューター」が注目されているのか
2023年3月、国産初の量子コンピューターが発表されて話題となった。そもそも量子コンピューターとは何か。従来のコンピューターとどのような違いがあるのだろうか。量子コンピューターに注目が集まる理由は、従来のコンピューターに「限界」が生じているからである。従来のコンピューターは、半導体チップの縮小化によってその性能を向上させてきた。しかし、そのサイズがある一定を下回ると、これまでの古典的な物理法則では計算ができなくなってしまう。このサイズでは「量子の世界」という極めて小さい世界の物理法則を使わなくてはならない。そういった量子の世界に合わせて作られたコンピューターが量子コンピューターである。理論上、量子コンピューターは従来のコンピューターと同等以上の能力を持ち、量子コンピューターにしかできない分野もある一方、エラーが多いという欠点がある。現段階では研究開発を中心に、量子コンピューターしかできない高度な計算を必要とする領域での開発が進んでいる。
「量子」とは何か
そもそも「量子」とは何だろうか。量子とは「非常に小さい物質やエネルギー」を指し、物質を構成する原子、電子、陽子、中性子などがそれにあたる。原子は極めて小さく、1000万分の1ミリメートルほどの大きさであり、さらに原子の中にある原子核は100億分の1ミリメートル程度である。量子コンピューターでは、これらの極小の物質が使われている。
「重ね合わせ」と「もつれ」
量子の世界では、我々の常識では考えられないような物理法則がはたらいている。その1つが「状態の重ね合わせ」だ。量子には「波」と「粒」の2つの性質があるが、見ると粒になってしまうという不思議な性質を持っている。従来のコンピューターは「0」と「1」を組み合わせることで、あらゆる情報を処理している。しかし、量子コンピューターは「粒にも波にもなれる」という量子の性質を生かし、0と1を重ね合わせた状態で計算する。通常は1つの物質が0と1の性質を持つことはないが、量子の世界ではそれが可能なのである。また「量子もつれ」という、複数の量子の動きを連動させられる性質も大きな特徴だ。計算するときに「0」か「1」のどちらにするかを決められるため、組み合わせの数を減らして効率化することができる。量子コンピューターは量子の特性を生かすことにより、従来のコンピューターでは途方もなく時間がかかった計算も、瞬時に行うことができるのである。
