2025.04.25

量子力学とは？　「量子コンピューター」の原理を科学ジャーナリストが解説

科学ジャーナリスト瀧澤美奈子

　次世代のコンピューターとして注目される「量子コンピューター」を知っていますか？　これまでのコンピューターと、どのようにちがい、何が期待できるのでしょうか？

理化学研究所などが開発した国産の量子コンピューター　©RIKEN Center for Quantum Computing

高速で大量に計算、薬の開発などに活用の期待

Q　どんなコンピューター？

A　量子の性質をうまく利用

各国が、量子コンピューターの開発を進めています。実用化されれば、今までとは比べものにならないくらい速く、たくさんの計算ができそうです。薬の開発や材料の設計、物流、金融、暗号の解読、AI（人工知能）など、はば広い活用が期待されます。

量子力学とはどんなものでしょう。みなさんが髪の毛の太さの10万分の1ほどに小さくなったと想像してみます。そこは原子や電子、光のつぶの光子など（これらをまとめて量子と呼びます）が、「量子力学」という物理法則にしたがい、ふるまう世界です。量子ははっきりと見えず、ぼやっとしています。状況により波のようにも、つぶのようにもふるまいます。

量子には、一つでコインの裏表のような複数の状態を同時にとれる「重ね合わせ」や、二つの量子が「量子もつれ」になり、一方を測った瞬間、もう一方の状態が決まるといった性質があります。こうした現象を使い、作ろうとしているのが量子コンピューターです。

Q　今のコンピューターとのちがいは？

A　実用化には技術的な課題も

家庭や学校にあるパソコンや、高度な計算ができるスーパーコンピューターなどは、情報を0か1のビット（情報の基本となる単位）で表しています。一方、量子コンピューターの基本単位は量子ビットです。0と1を同時に「重ね合わせ」できます。

たとえば3ビットであれば、今のコンピューターでは「1、0、1」などと、1回で一つのデータを表現します。ところが、量子ビットではそれぞれのけたに0と1を同時に重ねられるので「0、0、0」「1、0、0」……「1、1、1」と、2を3回かけた数、つまり8個のデータを同時に表し、一度に計算できるのです。量子ビットが50なら、2を50回かけた数（約千兆個）の情報を、同時に表現して計算できます。これが、高速の計算が期待できる理由です。