結局けっきょく、量子りょうしコンピューターって何なになの？

量子りょうしもつれ──。互たがいに絡からみ合あった2つの粒子りゅうしが、たとえ宇宙うちゅうの果はてほど離はなれていても、まるでテレパシーで繋つながっているかのように同時どうじに影響えいきょうを及およぼし合あう現象げんしょうのこと。

アインシュタインですら不気味ぶきみがるほどキテレツで、何なんとなく直感ちょっかんにも反はんするこの不思議ふしぎな現象げんしょうは、だからこそ、これまでさまざまなクリエイターたちの創造そうぞう力りょくをおおいに刺激しげきしてきた。例たとえば芸術げいじゅつ家か（ex.オラファー・エリアソンの「Quantum entangled ideas」）、映画えいが監督かんとく（ex.クリストファー・ノーランの『TENET テネット』）、SF作家さっか（ex.劉りゅう慈欣の『三さん体たい』）……。このリストに音楽家おんがくかを加くわえるならば、その筆頭ひっとうは、量子りょうしもつれをモチーフにした「Electricity」を生うみ出だした宇多田うただヒカルになるだろうか。

そんな「量子りょうしもつれ」に加くわえ、「重かさね合あわせ」や「量子りょうし干渉かんしょう」といった（これまた不可思議ふかしぎな）量子りょうし現象げんしょうを活用かつようすることで、複雑ふくざつな迷路めいろのルートを一いち度どに全ぜんアタックするがごとく、多数たすうの状態じょうたい（可能かのう性せい）を同時どうじに処理しょり──つまり古典こてんコンピューターでは到底とうてい不可能ふかのうな規模きぼの並列へいれつ計算けいさんを可能かのうにする計算けいさんマシン。それが、量子りょうしコンピューターだ。

その量子りょうしコンピューターの核かくとなるのが、実じつは「量子りょうしビット」といって……という具合ぐあいに、矢継やつぎ早ばやに専門せんもん用語ようごや動作どうさ原理げんりの解説かいせつに入はいっていくことが本ほん記事きじの狙ねらいではない。そのあたりはバサッと省略しょうりゃくし、「で、量子りょうしコンピューターっていったい何なにができるわけ？」といった「カネの匂におい」のするほうへと斬きり込こむことで、読者どくしゃ諸氏しょしを煙けむに巻まいていきたいの理解りかいを深ふかめていきたいと思おもう。

最さい有力ゆうりょくのアプリケーションは？

今回こんかい、カネの匂におい、いわば「量子りょうしコンピューターのバリューチェーン」を解説かいせつしてくれるのは、量子りょうしコンピューター関連かんれんのスタートアップ・blueqatのCEO／CFO湊みなと雄一郎ゆういちろう。まずは湊みなとに、量子りょうしコンピューターに期待きたいされている「最さい有力ゆうりょくのアプリケーション」を訊きいた。

「よくある一般いっぱん的てきな解説かいせつでは、量子りょうしコンピューターの将来しょうらい的てきなアプリケーションを4つに分類ぶんるいしていますが、ぼくは5つだと思おもっています。まず、暗号あんごうは独立どくりつした領域りょういきです。次つぎに最適さいてき化かと機械きかい学習がくしゅうは、『AI』というくくりで一緒いっしょにする場合ばあいもあります。

いちばん重要じゅうようなのは『シミュレーション』で、通常つうじょうはここをひとくくりにしているのですが、原子げんしや分子ぶんしの構造こうぞうを計算けいさんし、主おもに化学かがくや創そう薬やく分野ぶんやでのイノベーションを目指めざす『量子りょうしシミュレーション』と、金融きんゆうや流体りゅうたいといったもっとマクロなシミュレーションを担になう『古典こてんシミュレーション』は分わけて捉とらえたほうがいいとぼくは思おもっています。用もちいる式しきがまるで違ちがいますからね。

ちなみに、図版ずはんに記しるされているQPE やQAOAといったメモ書がきは、それぞれの領域りょういきで基盤きばんとなるアルゴリズムや手法しゅほうなので、気きになったら生成せいせいAI にでも訊きいてみてください。

影響えいきょうを及およぼしうる主おもな産業さんぎょうや領域りょういきをまとめると──

暗号あんごう：サイバーセキュリティ、通信つうしん、軍事ぐんじ技術ぎじゅつ
最適さいてき化か：金融きんゆう、物流ぶつりゅう、エネルギー、交通こうつう、サプライチェーン
機械きかい学習がくしゅう：金融きんゆう取引とりひき、医療いりょう診断しんだん、製造せいぞう業ぎょうの自動じどう化か
量子りょうしシミュレーション：創そう薬やく、素材そざい開発かいはつ、量子りょうし化学かがく、バッテリー、エネルギー
古典こてんシミュレーション：生物せいぶつ学がく、金融きんゆう、流体りゅうたい、気候きこうモデル、宇宙うちゅう

となるでしょうか」（湊みなと）

量子りょうしコンピューターの“方式ほうしき”は主おもに5つ

先程さきほど、「専門せんもん用語ようごや動作どうさ原理げんり等々とうとうの解説かいせつに入はいっていくことが本ほん記事きじの狙ねらいではない」と記しるしたばかりだけれど、やはり、量子りょうしコンピューターにおける「情報じょうほうの基本きほん単位たんい」である「量子りょうしビット（qubit）」には、少すこしだけ触ふれておきたいと思おもう。

古典こてんコンピューター──パソコンやスマホといった日々ひび欠かかせないガジェットから、果はてはハイパフォーマンスコンピューティング (HPC)に至いたるまで──における情報じょうほうの基本きほん単位たんいである「ビット」が、必かならず「0」か「1」のどちらかであるのに対たいし、量子りょうしビットは、「0」と「1」双方そうほうの状態じょうたい──いわば「トスアップしたコインのように、0（オモテ）でもあり1（ウラ）でもある」状態じょうたい──を取とることができ、この状態じょうたいを「量子りょうし重かさね合あわせ」と呼よぶ……ということはぜひ押おさえておいてほしい。

ちなみに量子りょうしビットのことを「自然しぜん界かいがこの世よの中なかを記述きじゅつする際さいに使つかうことを決きめた“メモリー”」と言いった研究けんきゅう者しゃもいたけれど、量子りょうし情報じょうほうを記録きろく・処理しょりするための最小さいしょう単位たんいである「量子りょうしビット」を構成こうせいする“物理ぶつり的てき要素ようそ”は、電子でんしのスピン、イオンのエネルギー状態じょうたい、光子こうしなど、量子りょうしコンピューターの方式ほうしきによって異ことなると湊みなとはいう。

「量子りょうしコンピューターの主要しゅような方式ほうしきは、超ちょう伝導でんどう、イオントラップ、中性ちゅうせい原子げんし、シリコンスピン、光量子こうりょうしの5つ。この5つは、大おおきく『光ひかりと光ひかり以外いがい』に分類ぶんるい可能かのうです。光ひかりは、波なみの性質せいしつが強つよく出でやすいので特殊とくしゅなんです。『光ひかり以外いがい』をさらに分類ぶんるいすると、ともに電子でんしの挙動きょどうを活用かつようする『超ちょう伝導でんどうとシリコン』組ぐみと、原子げんし系けいの『中性ちゅうせい原子げんしとイオントラップ』組ぐみに分わけられます。

ちなみに方式ほうしきによって、動作どうさ原理げんりはもちろん、マシンの構成こうせい要素ようそも異ことなります。例たとえば冷却れいきゃくや制御せいぎょ、読よみ出だしの設計せっけいは、超ちょう伝導でんどうとイオントラップとではまったく──それこそ水力すいりょく発電はつでんと太陽光たいようこう発電はつでんくらい──異ことなります。現在げんざい、各かく陣営じんえいが競きそい合あっていますが、やがて淘汰とうたされ、いずれは一いち強きょうに収斂しゅうれんされていくのではないかと個人こじん的てきには思おもっています」（湊みなと）

製造せいぞうに不可欠ふかけつな素材そざいと技術ぎじゅつ

なるほど。量子りょうしコンピューターの「方式ほうしき」は主おもに5つあり、方式ほうしきが異ことなれば（量子りょうしビットを構成こうせいする“物理ぶつり的てき要素ようそ”が異ことなれば）、水力すいりょく発電はつでんと火力かりょく発電はつでんくらい動作どうさ原理げんりやマシンの構成こうせい要素ようそは異ことなるのだと。では、それぞれの方式ほうしきにはどのようなサプライチェーンが構築こうちくされているのだろうか。ごくごくシンプルな見立みたてを、これまた湊みなとに求もとめた。

「超ちょう伝導でんどうとシリコンスピンの場合ばあい、使つかう量子りょうしは『電子でんし』と決きまっているので、その周辺しゅうへんの工学こうがく（特とくに製造せいぞうや冷却れいきゃく）が重要じゅうようになってきます。そのうち、超ちょう伝導でんどうの冷却れいきゃくに使用しようするヘリウム3は米国べいこくやカタール、半導体はんどうたいの材料ざいりょうであるシリコン28はロシアといった限かぎられた少数しょうすうの国くにに依存いぞんしているので、地政学ちせいがく的てきなリスクが常つねに存在そんざいします。

一方いっぽうで中性ちゅうせい原子げんしやイオントラップは、計算けいさん素子そしに用もちいる量子りょうし（『原子げんし』や『イオン』）の種類しゅるいが決きまっていないので、その選択せんたくからスタートし、選択せんたくに合あわせて周辺しゅうへん設備せつび（とりわけ重要じゅうようなのは真空しんくう技術ぎじゅつ）の最適さいてき化かを図はかっていきます。ちなみにイオントラップでは、これまでイッテルビウムが主流しゅりゅうとされてきましたが、最近さいきんはバリウムに注目ちゅうもくが集あつまっているようです。また中性ちゅうせい原子げんしの場合ばあいは、現在げんざいルビジウムやセシウムなどが使つかわれているようです」（湊みなと）

バリウム!? 人間にんげんドックも最近さいきんは胃いカメラが主流しゅりゅうになったので、もはや役割やくわりを終おえ死語しごの世界せかいへと旅たびだったのかと思おもいきや、実じつは、未来みらいを生うみ出だしうる鉱物こうぶつのひとつに選えらばれていたとは、なんだか感慨深かんがいぶかい。もうひとつ、思おもわず目めを奪うばわれたのが、超ちょう伝導でんどう方式ほうしき（いまのところbetしているプレイヤーが最もっとも多おおい方式ほうしき）には欠かかせないというヘリウム3だ。ヘリウム3って、話題わだいの『機動きどう戦士せんしガンダム GQuuuuuuX』によって約やく半はん世紀せいきぶりに脚光きゃっこうを浴あびているジオン軍ぐんのニュータイプ、シャリア・ブルが唯一ゆいいつ登場とうじょうする1979年ねん放送ほうそうのTVシリーズ第だい39話わで早はやくも言及げんきゅうされている、あのヘリウム3 のことですよね!?

ガンダムシリーズの正史せいし「宇宙うちゅう世紀せいき（U.C.）」では、ヘリウム3の採掘さいくつといえば（シャリア・ブルも所属しょぞくした）木星もくせい船団せんだんの仕事しごとだけれど、現実げんじつ世界せかいではいま、月つきでの採掘さいくつ計画けいかくが進すすんでいる。なにも、量子りょうしコンピューターのためだけにヘリウム3の採掘さいくつを目指めざしているわけではないだろうが、「限かぎられた少数しょうすうの国くにに依存いぞんしているという地政学ちせいがく的てきなリスク」の軽減けいげんにつながることは間違まちがいない。

量子りょうしコンピューター開発かいはつのバリューチェーンには、宇宙うちゅう開発かいはつも含ふくまれている──。そんなビジョンのフレームを、もっていてもいいのかもしれない。

実験じっけん科学かがくを計算けいさん科学かがくに変かえる可能かのう性せい

では実際じっさい、量子りょうしコンピューター業界ぎょうかいにおいて2025年ねんはどんな意味いみをもつ年としになるのだろうか。楽天らくてんグループ常務じょうむ執行しっこう役員やくいんCDOを経へて、23年ねん8月がつより量子りょうしコンピューター開発かいはつ企業きぎょう「QuEra Computing（クエラ・コンピューティング）」のプレジデントを務つとめる北川きたがわ拓也たくやはこう分析ぶんせきする。

「2025年ねんは、量子りょうしコンピューターの技術ぎじゅつ革新かくしんがもう一いち段階だんかい進すすむ年としになると思おもいます。AIで言いうと、24年ねんにAlphaFold2がノーベル化学かがく賞しょうを受賞じゅしょうしましたが、それに先駆さきがけ、17年ねんにTransformerモデルが出でてきたときのようなタイミングに、いま量子りょうしコンピューターはあると思おもいます。25年ねんは今後こんご3〜5年ねんに向むけた重要じゅうようなステップの年としになるはずです」

北川きたがわによれば、量子りょうしコンピューターとは「化学かがくや生物せいぶつ学がくといった『実験じっけん科学かがく（≒トライ＆エラー）』を『計算けいさん科学かがく（≒シミュレーション）』に変かえうる技術ぎじゅつ」であり、それゆえ量子りょうしコンピューターは、次つぎなる産業さんぎょう革命かくめいを準備じゅんびすると目めされているという。

つまり、非常ひじょうに優秀ゆうしゅうな研究けんきゅうチームが長ながい時間じかんと大量たいりょうの予算よさんをかけて実験じっけんを繰くり返かえさないとブレイクスルーには至いたらない（どころか、そもそも「達成たっせいできるかどうかもわからない」）といった計算けいさん不可能ふかのう性せいをはらむ実験じっけん科学かがくが、シミュレーションを繰くり返かえし行ぎょうなえる計算けいさん科学かがくへとシフトすることで、社会しゃかい実装じっそうまでのスピードが何なん百ひゃく万まん倍ばいも速はやくなるかもしれない……ということだ。前述ぜんじゅつの「最さい有力ゆうりょくのアプリケーション」でいえば、「量子りょうしシミュレーション」に該当がいとうする部分ぶぶんだ。

ではなぜ、量子りょうしコンピューターは実験じっけん科学かがくを計算けいさん科学かがくに変かえうるのかというと、それは、自然しぜんの成なり立たち自体じたいが根本こんぽんにおいて量子力学りょうしりきがくに基もとづいているからにほかならない。つまり、自然しぜん界かいの最小さいしょう単位たんいである原子げんしや素粒子そりゅうしの動うごきは量子力学りょうしりきがくによって支配しはいされており、それが物質ぶっしつの性質せいしつや化学かがく反応はんのう、生命せいめい現象げんしょう、果はては宇宙うちゅうの構造こうぞうにまで影響えいきょうを及およぼしているのだから、その原理げんりを使つかった計算けいさん機き＝量子りょうしコンピューターならば「世よの中なか」のデジタルツイン化かも可能かのうなはずで、それを成なし遂とげられたなら、シミュレーション（≒計算けいさん）によって最適さいてき解かいを導みちびき出だすことが容易よういになりうる……というわけだ。

普段ふだんわれわれが暮くらし、認識にんしきしているのはマクロな世界せかいなわけで、量子りょうしのふるまいなど認識にんしきする術じゅつもないが、だからといって存在そんざいしていないわけではなく、実じつは背後はいごで重要じゅうような役割やくわりを果はたし、むしろ自然しぜんそのものを司つかさどっているのが量子力学りょうしりきがくなのだとすれば、「量子りょうしの世界せかいを理解りかいし、その原理げんりを使つかった計算けいさんマシン」を使つかうことと「自然しぜんを深ふかく理解りかいすること」が同義どうぎになるのは、言いわれてみれば至極しごく当とう前まえのことといえる。

ちなみに、原子げんしや素粒子そりゅうしのような極小きょくしょうの世界せかいは量子力学りょうしりきがくで記述きじゅつされ、日常にちじょう的てきなサイズの現象げんしょうは古典こてん（ニュートン）力学りきがくでだいたい説明せつめいがつき、さらに宇宙うちゅうスケールになると、今度こんどは相対性理論そうたいせいりろんが必要ひつようになってくる（そして現代げんだい物理ぶつり学がくは、ミクロな量子りょうしの世界せかいとマクロな重力じゅうりょくの世界せかいを統一とういつする量子りょうし重力じゅうりょく理論りろんを模索もさくし続つづけている）とおおまかに整理せいりできるので、覚おぼえておくといいかもしれない。

もうひとつ、あっという間まにガラケーがスマホに置おき換かわっていったように、量子りょうしコンピューターが従来じゅうらいの古典こてんコンピューターに置おき換かわっていく……ということはおそらくない。量子りょうしコンピューターは古典こてんコンピューターの置おき換かえではなく、補完ほかん的てきに活用かつようされるはずだからだ。つまり、高度こうどで難解なんかいな問題もんだいを高速こうそくで解とくために活用かつようされるのが量子りょうしコンピューターで、日常にちじょう的てきなタスク処理しょりは、今後こんごも古典こてんコンピューターが担になっていくことになるだろう。

じぶんごと化かのススメ

さて、グーグルが2024年ねん12月に発表はっぴょうした新型しんがたプロセッサー「Willow」は、現時点げんじてんにおける最速さいそくのスーパーコンピューターでも約やく10秭（じょ）年ねん（秭は兆ちょう、京きょう、垓の次つぎの単位たんいで、1のあとにゼロが25個こ並ならぶ）かかる問題もんだい──量子りょうしコンピューターの性能せいのう評価ひょうかに用もちいられる「ランダム回路かいろサンプリング（RCS）」というベンチマーク問題もんだい──を5分ふんで解といてみせたという。プロセッサーは105量子りょうしビットで、量子りょうし誤あやまり訂正ていせいを駆使くししたこの結果けっかは、量子りょうし超越ちょうえつ性せいを示唆しさする画期的かっきてきな成果せいかとも言いわれている──といった「それっぽい」情報じょうほうも一応いちおう記しるしておく。

これから数すう年ねんは、こうした「企業きぎょう名めい（有名ゆうめい・無名むめい問とわず）」や「（想像そうぞうが追おいつかない）数字すうじ」を伴ともなった量子りょうしコンピューター関連かんれんのニュースが頻繁ひんぱんに飛とび交かうはずだが、あなたが開発かいはつ関連かんれん企業きぎょうのステークホルダーでもない限かぎり、気きに留とめるべきは「どの方式ほうしき（超ちょう伝導でんどう・イオントラップ・中性ちゅうせい原子げんし・シリコンスピン・光ひかり、もしくは「マヨラナ 1」など“それ以外いがい”）か」くらいなもので、それよりも、確実かくじつに訪おとずれる量子りょうしの時代じだい（クオンタム・エイジ）に向むけて、そのコンピューティングパワーを使つかって自分じぶんはどんなアイデアを実現じつげんしたいのかについて、ひたすら考かんがえ続つづけておくことを推奨すいしょうしたい。キラーアプリケーションも大事だいじだけれど、より重要じゅうようなのはキラーライフスタイルで、その想像そうぞう力りょくから導みちびき出だされる未来みらいの可能かのう性せいは、多おおいに越こしたことはないからだ。

果はたして、これからの社会しゃかいに、文化ぶんかに、産業さんぎょうに、量子りょうしコンピューターはいかなる変革へんかくをもたらすのか。本ほん記事きじ、そして雑誌ざっし『WIRED』日本にっぽん版ばんVOL.56「Quantumpedia」特集とくしゅうが、確実かくじつに起おこりうる大おおきな変革へんかくを「じぶんごと」として捉とらえ、「どうやってビッグウェーブを乗のりこなしてやろうか」と想像そうぞう力りょくを働はたらかせるきっかけになれば、何なによりだ。

従来じゅうらいの古典こてんコンピューターが、「人間にんげんが設計せっけいした論理ろんりと回路かいろ」によって【計算けいさんを定義ていぎする】ものだとすれば、量子りょうしコンピューターは、「自然しぜんそのものがもつ情報処理じょうほうしょりのリズム」──複数ふくすうの可能かのう性せいがゆらぐように共存きょうぞんし、それらが干渉かんしょうし、もつれ合あいながら、最適さいてきな解かいへと収束しゅうそくしていく流ながれ──に乗のることで、【計算けいさんを引ひき出だす】アプローチと捉とらえることができる。い換いかえるなら、自然しぜんの深層しんそうに刻きざまれた無数むすうの可能かのう態わざと、われら人類じんるいとの“結むすび目め”になりうる存在そんざい。それが、量子りょうしコンピューターだ。そんな量子りょうしコンピューターは、これからの社会しゃかいに、文化ぶんかに、産業さんぎょうに、いかなる変革へんかくをもたらすのだろうか？ 来きたるべき「2030年代ねんだい（クオンタム・エイジ）」に向むけた必読ひつどくの「量子りょうし技術ぎじゅつ百科ひゃっか（クオンタムペディア）」！詳細しょうさいはこちら。