量子コンピュータとは：用語解説

量子コンピュータは、物質やエネルギーの最小単位である「量子」の持つ特別な性質、量子力学の原理を応用して計算を行うコンピュータです。量子が同時に複数の状態をとる「重ね合わせ」や、離れた量子同士が瞬時に影響しあう「量子もつれ」といった現象が計算に活用されています。

量子コンピュータのハードウェアには、超伝導方式、ダイヤモンドスピン方式、冷却原子方式、シリコン方式、イオントラップ方式など多様な実装方式があり、現在様々な企業が研究開発を進めています。しかし実はまだ、量子コンピュータの実用化に向けてどの方式が有望なのか判っていません。それぞれの方式には利点と課題があり、利点を伸ばし、課題を克服する研究が行われています。

私たちの身の回りにある従来のコンピュータは、たとえばスマートフォンやパソコン、スパコンに至るまで、すべて「0」と「1」の組み合わせで情報を処理しています。一方、量子コンピュータは「量子ビット」と呼ばれる情報を最小単位として扱い、従来のコンピュータとは全く異なる量子特有の性質を利用して計算を行います。

従来のコンピュータは、「0」か「1」かのどちらかで情報を表現する「ビット」を情報量の最小単位として計算を行います。これは、電気のON/OFFのように、2つの値で情報を表現するものです。

この「ビット」は、例えるならコインの表か裏のように、一度にどちらか1つの状態しか持つことができません。2つのビットがあれば、「00」「01」「10」「11」の4通り（2²通り）の組み合わせがありますが、従来のコンピュータが一度の計算で取り扱えるのは、そのうち1通りだけです。

そのため、N個のビットがある場合に考えられる2ⁿ通りのすべての組み合わせを計算しようとすると、それぞれ一つずつ計算を行う必要があります。結果として、2ビットであれば4回、Nビットであれば2ⁿ回の計算が必要になります。