【量子力学入門】 重ね合わせとは
重ね合わせとは
重ね合わせとは、量子力学の基本的な性質の１つで、どちらに存在するか確定しない状態を「重ね合わせ」と言います。
＊画像引用元（AI Academy 量子重ね合わせ理論）
量子コンピュータでは、この「重ね合わせ」を量子ビットを用いて表現します。
ビットと量子ビットの違い
先ほど、「量子ビット」という言葉が登場したので、従来のコンピューターで用いられる「ビット（bit）」と「量子ビット」の違いを説明致します。
量子コンピュータではない従来のコンピュータのことを、古典コンピュータと呼びますが、従来のコンピュータでのビットは 「0」 と「 １」 の２つの状態で表現されています。
（スイッチのオンとオフの状態などでその２つの状態を表現します。）
量子ビット（quantum bit）は、量子コンピュータで利用される情報の最小単位のことです。
先ほど量子ビットと比較するために説明したビットでは、「０」と「１」はどちらかに確定します。つまり通常のビットでは、「０」と「１」の「どちらか」しか取りません。
一方、量子ビットでは量子力学の重ね合わせの原理を利用することで、「０」と「１」の「どちらも」取ることが出来ます。
これにより、量子ビットをn個集めると、2n通りの数字を「同時に」表すことができ、さらには１回の計算で扱うことが出来ます。
量子重ね合わせとは
量子重ね合わせとは、１つの量子ビットで「０」と「１」の情報を同時に表現することができる性質になります。
（どちらに存在するか確定しない状態のため、０と１が重ね合わさっていると表現されます。）
1ビットでは、常に「０」か「１」のどちらかにしかなりませんが、1量子ビットは同時に「０」と「１」の両方にもなりえます。
ここで、「０」と「１」が重ね合わさった量子状態の量子ビットを「観測する」ことで、量子ビットは「０」または「１」に収束します。
（量子ビットを測定して値を取り出す際には、「０」か「１」かのどちらか一方のみ確率的に測定されます。）
おわりに
高速だと言われる事が多い量子コンピュータですが、従来コンピュータと比較した際に、必ずしも１つ１つの処理を高速に行うわけではありません。
今回解説した「重ね合わせ」と前回解説した「量子もつれ」を利用する事で高速計算の実現を目指そうとしています。
今回の記事を読んで、より深く「量子力学」に興味を持たれた方は下記などを参考に勉強してみてください。