【極簡単】量子コンピュータとは？量子力学・量子ビット・量子ゲート

はじめに

極簡単にわかりやすく「量子コンピュータとは？」について説明しました。

量子コンピュータとは

辞書の意味

辞書には、「物質の量子力学的な性質を利用して動作するコンピュータ。複数の計算を同時に実行でき、スーパーコンピュータの数億倍ともいわれる高速計算が可能とされる」とあります。

古典コンピュータ

古典コンピュータ（普通のコンピュータ）は、「0」と「1」の組み合わせによって、動作しています。

この「0」と「1」で表す情報処理の単位は、「ビット」と呼ばれます。

例えば、「2」という数字は「10」という2ビットで表され、「A」という文字は「0100 0001」という8ビットで表されます。

この「0」と「1」は、コンピュータの電子回路のスイッチをオン・オフすることで実現されます。

このスイッチのことを「論理ゲート」と呼びます。

量子コンピュータ

量子コンピュータは、「0」と「1」を重ね合わせた「0＋1」という状態の処理によって、動作しています。

この「0＋1」と表現したものは、量子力学に従って、蓋を開けるまで、「0」か「1」かが、分からない状態のものを指しています。

「0＋1」という情報単位は、「量子ビット」と呼ばれます。

この計算を実現する電子回路を「量子ゲート」と呼びます。

例え

古典コンピュータの計算方法を例えると、1円玉を台の上に放り投げて、出た「裏」と「表」を読み取って、「0」か「1」を判別して、計算しているようなものです。

一方、量子コンピュータは、1円玉を台の上で回転させた状態で、「裏」と「表」を読み取って、判別して計算するようなものです。同時並行的に、とても素早く判別・計算できますが、誤りも発生します。

計算方法

古典コンピュータ

4桁の暗証番号を解く場合に、古典コンピュータは、10の4乗回の計算が必要になります。

以下は、2進数の3桁の数字を求める時の総当たり計算の図です。

量子コンピュータ

一方、量子コンピュータでは、「0＋1」の重ね合わせの性質を利用して、「0000」から「9999」までの10,000通りの計算を同時に行うことで、瞬時に正解を導き出せます。

この図では、正解の「101」を導き出していますが、間違えて、他の答えを出す時もあります。

動画

【量子コンピュータ】第一回「量子ビットと重ね合わせ」

【量子コンピュータ】第２回「量子計算と万能ゲート」

【量子コンピュータ】第3回「量子ビットのルールと1Qbitユニタリ変換」

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