りょうし‐コンピューター〔リヤウシ‐〕【量子コンピューター】
量子コンピュータ
別名:量子コンピューター,量子計算機
【英】quantum computer
量子コンピュータとは、量子力学の原理を応用した超並列処理により、超高速処理を可能とするコンピュータのことである。2008年現在は実現しておらず、研究が進められている。
量子とは、物理量に関する最小の単位であり、古典力学では把えられない性質を多数持っている。例えば、精確な観測ができない不確定性原理や、異なる二つの状態を保持できる「量子力学的重ね合わせ」の現象などがある。
現在のコンピュータでは、電子回路のスイッチのオン・オフによって0または1を表し、2進数のデジタルデータとして情報を処理している。データの単位はビットであるが、量子コンピュータとの対比においては「古典ビット」と呼ばれる。なお、量子コンピュータにおいては、情報の最小単位として「量子ビット」(qubit)が用いられる。
古典ビットは、常に0と1のいずれかの値のみ持つことができる。これに対して、量子ビットでは、「量子力学的重ね合わせ」により、1ビットにつき複数の0と1の値を保持することができる。これを利用することで、1ビット当りでの並列処理が実現される。また、処理の際に扱えるビット数を増やせば増やすほど、大量の情報を並列処理することが可能になる。
量子コンピュータは、現在のコンピュータとは比較にならないほど高速な処理を実現するとされる。現状では解読に数千年を費やす必要があるとされる暗号化アルゴリズムも、数分から数時間程度で解読可能になると言われている。
しかしながら、量子コンピュータの実現には多数の課題を抱えており、依然として実現はされていない。例えば、不確定性原理による量子の状態変化を起こさないように量子ビットを集積する技術や環境が必要である。また、実際に演算処理を行わせるためには、現在のコンピュータとは異なる独自のアルゴリズムを適用する必要もある。これらの困難の解決と、量子コンピュータの実現に向けて、世界各国の研究機関によって研究が進められている。
参照リンク
量子工学の世紀へ~超伝導量子コンピュータを目指して~ - (Japan Nanonet Bulletin インタビュー記事)
電子スピン量子コンピュータのメモリー特性 - (NTT先端技術総合研究所 研究成果ライブラリー)
「光半導体素子を用いた量子シミュレータを開発 ― 新タイプの量子コンピュータへ道 ―」 - (国立情報学研究所)
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量子コンピュータ
(Quantum Computer から転送)
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2025/05/23 07:33 UTC 版)
量子コンピュータ (りょうしコンピュータ、英: quantum computer)は量子力学の原理を計算に応用したコンピュータ[1]。古典的なコンピュータで解くには複雑すぎる問題を、量子力学の法則を利用して解くコンピュータのこと[2]。量子計算機とも。極微細な素粒子の世界で見られる状態である重ね合わせや量子もつれなどを利用して、従来の電子回路などでは不可能な超並列的な処理を行うことができる[1]と考えられている。マヨラナ粒子を量子ビットとして用いる形式に優位性がある。
概説
2022年時点でおよそ数十社が量子コンピュータ関連の開発競争に加わっており、主な企業としては、IBM (IBM Quantum)、Google Quantum AI、マイクロソフト、インテル、AWS Braket、Atos Quantumなどが挙げられる[3]。
研究成果の年表については、英語版のen:Timeline_of_quantum_computing_and_communicationを参照のこと。

1959年、アメリカの物理学者リチャード・P・ファインマンが量子力学の仕組みを計算に持ち込み、1980年、アルゴンヌ国立研究所のポール・ベニオフにより、理論上量子コンピュータ(チューリングマシン)を開発することは可能であるとした。2011年、カナダのD-Wave Systemsより、量子アニーリングを用いた世界初の商用量子コンピュータ 「D-Wave One」を発表。2019年、IBM Quantum社からは、量子ハードウェア「IBM Q System One」を発表[2][4]。数千人の開発者がそれを利用できる状態になっている[2]。IBM Quantumは量子プロセッサを定期的に配布している[2]。
量子計算を「量子ゲート」を用いて行う方式のものについての研究がいまは最も盛んであるが、他の方式についても研究・開発は行われている。
いわゆる電気回路による従来の通常の2値方式のデジタルコンピュータ(以下「古典コンピュータ」)[注 1]の素子は、情報について、なんらかの手段により「0か1」のような排他的な2値のいずれかの状態だけを持つ「ビット」(古典ビット)により扱う。それに対して量子コンピュータは、「量子ビット」 (英: qubit; quantum bit、キュービット) により、量子状態の重ね合わせ(量子波動関数)によって情報を扱う。ここで言う重ね合わせとは「0,1,重なった値」という第三の値と言う意味ではなく、両方の値を一定の確率で持っており、観測時にどちらかに確定すると言うものである。
n量子ビットがあれば
量子コンピュータは容易に古典コンピュータをエミュレートすることが可能であるため、古典コンピュータで速く解ける問題(汎用問題)は、量子コンピュータでも同程度以上に速く解くことができる。よって汎用問題について、量子コンピュータは古典コンピュータ「以上」に強力な計算速度を持つ。ただし、同程度は可能だとしても、「より大きい」かどうかはよくわかっていない。
量子コンピュータに関係する複雑性クラスにBQPがありBQPはPを包含する。BQPとNPの関係は明確ではないが、BQPとNPは包含関係にないだろうと考えられている。
実際
Googleは量子ゲートマシンの高速性が2017年末までに実証されると予想した[84]。古典コンピューターよりも実際の量子ゲートマシンの方が高速に解ける問題が存在することを、量子超越性と呼び、このような問題の探索が続けられている。2019年10月23日、Googleは、ランダムに作った量子回路の出力結果を推定すると言う問題で、量子超越性を実証したと発表した[85]。
量子ゲートマシン上で素因数分解を行うショアのアルゴリズムは、2001年にIBMが世界で初めて15(=3×5)の分解に成功した[20]。2012年にブリストル大学が21(=3×7)の素因数分解を行い記録を更新したが[86]、21を超える数の素因数分解に成功したという報告はない(2019年9月時点)。
量子コンピュータとしては、量子ゲート型以外に、D-Waveなどの量子アニーリングやその他いくつかのタイプが提案されている、量子イジングマシンはQUBO(制約のない二値二次式の最適化)(英語版)に特化した専用計算機と言える。
脚注
注釈
出典
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関連項目
関連書籍
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以下のリストは量子計算機やその数理について書かれた書籍を発行年代順に並べた。もちろん完全なものではない。
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- C.P.ウィリアムズ、S.H.クリアウォータ(共著)、西野哲朗、荒井隆、渡邊昇(共訳):「量子コンピューティング:量子コンピュータの実現へ向けて」、シュプリンガー・フェアラーク東京、ISBN 978-4-43170869-8(2000年6月14日)。
- 西野哲朗:「量子コンピュータと量子暗号」、岩波講座 物理の世界 物理と情報(第4巻)、岩波書店、ISBN 978-4-00-011159-1(2002年3月15日)。※2022年11月10日にオンデマンド版が発行(ISBN 978-4007312595)。
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- 石坂智、小川朋宏、河内亮周、木村元、林正人:「量子情報科学入門」、共立出版、ISBN 978-4-320-12299-4 (2012年6月10日)。
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- 長橋賢吾:「図解入門 よくわかる 最新 量子コンピュータの基本と仕組み」、秀和システム、ISBN 978-4-79805455-1(2018年9月26日)。
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- 束野仁政:「量子コンピュータの頭の中――計算しながら理解する量子アルゴリズムの世界」、技術評論社、ISBN 978-4-29713511-9(2023年6月19日)。
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- Yongshan Ding、Frederic T. Chong: 「量子コンピュータシステム;ノイズあり量子デバイスの研究開発」、オーム社、ISBN 978-4-27423066-0(2023年7月3日)。
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- 曽我部東馬:「Pythonではじめる量子AI入門」、科学情報出版、ISBN 978-4-91055832-5(2024年8月22日)。
- 中田芳史:「量子情報理論:情報から物理現象の理解まで」、朝倉書店、ISBN 978-4-254-13532-9 (2024年10月1日)。
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外部リンク
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- Quantum Computing Information Site
- みんなの量子コンピューター~情報・数理・電子工学と拓く新しい量子アプリ~(戦略プロポーザル「みんなの量子コンピュータ」, 科学技術振興機構の研究開発戦略センター, 2018年12月1日. )
- ACM Transactions on Quantum Computing (TQC)
- IEEE Quantum
- Quantum information science (NIST)
- 一般社団法人情報処理学会の「量子ソフトウェア研究会」
- PennyLane , PennyLane Documentation
- 「量子計算機で産学連合 東大・みずほ・日立など協議会 ソフト開発に活路」(日本経済新聞記事2020年7月30日)。
- 分かる 教えたくなる 量子コンピューター (日本経済新聞解説記事:2020年06月24日 公開 2021年07月05日 更新)
- 『量子コンピュータ』 - コトバンク
- 「富士通が考える、量子コンピューティングの今後」(PC Watch 2022年6月1日記事)
- 世界初「ポータブル量子コンピュータ」が発売。2量子ビットで118万8,000円より(PC Watch 2022年12月15日記事)
- Bao Yan et al.:"Factoring integers with sublinear resources on a superconducting quantum processor", arXiv:2212.12372v1 (quant-ph, 23 Dec, 2022).
- グーグルがエラー訂正で成果、量子計算機の実用化に「大きな一歩」(朝日新聞2023年3月6日記事)
- 超高速量子計算のための世界最速43ギガヘルツ リアルタイム量子信号測定に成功(JST,2023年3月6日)
- 「量子コンピュータって何?今はどこまで開発が進んでいる?話題を総まとめ」(PC Watch 2023年3月20日記事)
- 国産量子コンピューター初号機、27日に利用開始 (読売新聞2023年3月24日記事)
- 東大とIBM、127量子ビット「IBM Quantum System One with Eagleプロセッサー」を秋に稼働開始(PC Watch 2023年4月21日記事)
- 「国産量子コンピューター初号機 大規模集積化に照準」(日経新聞2023年4月24日記事) ※日経サイエンス2023年6月号掲載記事の要約。
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- ループ型光量子コンピューターの試作機できました 課題は精度の向上 (朝日新聞、2023年7月26日)
- 量子コンピューター、計算時の課題克服 米ハーバード大 (日本経済新聞、2023年12月7日)
- 光量子コンピューターの「量子ビット」でエラー修正する手法開発…東大など(読売新聞、2024年1月19日)
- Q-Portal:量子関連の最新情報を提供する総合サイト (理化学研究所)
- JHPC-quantum (2023-2028)
- 日本量子コンピューティング協会(JQCA)
- 公開シンポジウム2025:誤り耐性型汎用量子コンピュータの実現を目指して(JST, 2025年3月4日)
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