量子コンピューターの仕組みを分かりやすく
今回の記事は
量子・ITの知識が全くない人に向けて
「量子コンピューターって何なのか」
なんとなくフワッと分かるような内容を書いていきます。
量子コンピューターはすでに使える！
量子コンピューターは未来の話しだと思ってませんか？
もう実際に使えます！
私も３年前に
D-Wave社のクラウド量子コンピューター
「Leap Quantum Cloud Service」
を使ったことがあります。（NECが販売）
今はどうか分からないのですが・・
当時は、無料体験ができたので
お試しで使ってみました！
当時、開発していたシステムがくっそ重くて
(計算が複雑だしデータ量が多すぎて)
実行結果が返ってくるのに６時間とかかかっていたのですが
そういうシステムも量子コンピューター上で実行すると
２秒で結果が返ってきました！
PCがフリーズして実行結果すら返ってこない
難問のシステムも
量子コンピューター上で実行するとたったの２秒！
容量が軽かろうと
容量がどれだけ重かろうと
コンスタントに２秒前後で結果が返ってくる
そんな量子コンピューター体験でした。
普通のコンピューターの仕組み
量子コンピューターの仕組みを話す前に
まず、普通のコンピューターのことを話しましょう！
コンピューターはプログラミング言語の指示で動いています。
例えば
下↓に ぴよたそちゃんの画像が貼りついてると思いますが
これはコンピューターに
「ここに画像を貼り付けて」と指示(命令)することで
ぴよたそちゃんが表示されるようになります。
そして、こちらはそれを指示する文章（命令文）
<img src="https://assets.st-note.com/img/1682382354596-YO8gP93Q3d.png" alt="" width="620" height="620" style="width: 372px; height: 372px;" data-is-resized="true" contenteditable="false" draggable="false">コンピューターを動かすときに使用する言語のことを
プログラミング言語といいます。
プログラミング言語は
マイナーなものも入れると２００種類以上の言語が存在します。
基本的なプログラミング言語は
英語・数字・記号＜＞””
で命令文が書かれます。
普段見ているWEBサイトの裏側は
下の画像のように
英語・数字・記号＜＞””が羅列された
プログラミング言語でできてます。
普段使用しているアプリもです。
見た目は、可愛いキャラクターがいたり
いろんな色のカラフルな文字が使われていますが
裏側は
英語・数字・記号＜＞””の羅列です。
全然かわいくないです。笑
英語・数字・記号＜＞””が
ズラーっと羅列されてて
何だか難しくて頭が痛くなりそうですが・・・
実はこれでも
人間が扱いやすいように改良されてからの
これなのです。
プログラミング言語・・
英語・数字・記号＜＞””の羅列には
さらに裏側があって
０と１が隠れています！
コンピューターは
０と１の電気信号で動いています。
それだと人間が混乱してしまうので
扱いやすくしたものが
プログラミング言語なのです。
例えば「A」という文字を０と１で表現すると
１０００００１
のようになります。
普段使ってるアプリの可愛いキャラクター🐱
その裏側はプログラミング言語でできていて
さらにその裏側は電気信号のON(1)とOFF(0)でできてきるのです。
量子コンピューターの仕組み
上の項目で分かったことは
コンピューターは０と１で動いてる
ということです。
そして量子コンピューターには
０と１が重ね合った状態が存在します。
量子力学の二重スリット実験を知ってる方は
何となくイメージつくかもしれません。
０と１が重ね合った状態がイメージつかない方は
Youtubeで二重スリット実験を見てみて！
世の中のあらゆるものは原子・分子でできています。
分子・原子をさらに小さくしたもの
それが量子です。
二重スリット実験で分かったことは
量子とは波でもあり、粒でもある
どちらの性質もあわせ持つ
観測しないときは「波」で
観測したときは「粒」になる
ということです。
従来のコンピューターは
「０」はずっと「０」だし
「１」はずっと「１」です。
量子コンピューターは
「０」と「１」を重ね持っており
観測という状態を作ると
「０」か「１」のどちらかになります。
そうすると
計算処理が爆速になります。
従来のコンピューターが計算処理するときに
１つ１つ計算していたのが
量子コンピューターでは
まとめてパパッと計算処理が完了します。
ゲート型とアニーリング型
量子コンピューターは
問題を解く方法の違いによって
ゲート型とアニーリング型に２つに分かれます。
私もそんな詳しくないので
NECさんのサイトから引用させて頂きます！
ゲート型
現在の計算機の処理単位である”bit”を”量子bit”で置き換えた計算機であり、従来は”量子コンピュータ”と言えばゲート型を指していました。
1994年に量子計算機を使って
大きな数の素因数分解を高速に実行する
ショアのアルゴリズムが発明されると
暗号解読に使えるのではないかとして一躍注目を浴びました。
しかし、実現に向けては様々な課題があり、
実用化されるとしても数十年先と言われています。
アニーリング型
東工大の西森教授が1998年に理論を提唱し
カナダのD-Wave社が2010年ごろ世界で初めて実装した量子計算機で、
金属の焼きなまし処理とよく似た処理を量子を使って行う、
いわば自然の法則を活用して
最小エネルギー状態を探索する量子計算機です。
量子アニーリングでは最適な組み合わせを探す「試行」の回数を、
量子重ね合わせの原理によって圧倒的に増やせるので、
組み合わせ最適化問題に適しているといわれています。
また、実用化が見える段階まできており、
世界中の研究機関や企業が開発にしのぎを削っています。