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量子コンピュータ

<< 作成日時： 2008/04/06 01:46 >>

今日は量子コンピュータの本を読んだ。
前に買っておいて、しばらく本棚で寝ていた本だ。

実は買った当初、少しだけ読んで、そのままにしてしまっていた。
今回、初めからもう一度読み直してみた。

量子コンピュータとは何か

この本は、計算機科学の専門家ではなく、科学ジャーナリストと言われる
作家が書いた本である。
アメリカではよくいるみたいで、科学者の人生も交えて書かれている。

本の中で書かれていたが、通常の科学の解説（紹介？）書では、
その科学者の人生も合わせて書くが、この本では科学的なことのみを
書くこととした、とあり、たしかにそうなっている。

現代の電子計算機（コンピュータ）の原理を知らない人であっても、
その概要を解説し、量子コンピュータがどのように違うかが解説されている。

所謂ノイマン型のストアードプログラム方式の計算機について、その名称を
使わずに、原理を説明している。文章中にノイマンは当然でてきたが。

そこで、量子コンピュータの仕組みであるが、概要が前半に書かれている。
後半は、その量子コンピュータを使うとどのような応用ができ、どう計算するか、
という説明がされている。

ただ、ノイマン型コンピュータと違い、計算方式が異なる。
したがって、量子コンピュータにどのように計算をさせるのかが、
ポイントになるのかもしれない。
印象としては、数値計算法にあたるのではないか、とも考えた。
だが、量子コンピュータの場合、単なる数値の足し算をしてその答えが出るわけではない。
そういった意味で、有益な計算をさせるためにどのような計算方法があるのか、
といった研究は大事なのかもしれない。

量子コンピュータについて、分かったことは。

０と１と両方の情報を併せ持つ量子を使って計算をさせる。
ということよりも、

沢山の情報を一度に計算させるために、少ない原子で沢山の情報を扱える量子を使った。

という考え方の方がよいのではないか、十も他ことである。

３ｂｉｔで８種類の情報をあらわすことができる。
ノイマン型コンピュータでは、８通りの入力をするのには、８回の入力が必要であり、
計算結果を得るのに、８回の演算が必要である。

量子コンピュータでは、８種類の情報をあらわす３ｂｉｔを１回入力し、１回演算をすれば、
その結果が得られるものである、というのが大雑把な考え方のようだ。

これにより、桁数が増えると組み合わせが指数関数的に増える因数分解などの
処理についても、組み合わせが増えても計算量が増大しない、ということになる。

ただ、ノイマン型と違い、入力に対して、そのまま答えがでるものでは無いらしい。
そこで、どのように計算をさせるかが重要になるようである。

量子は０と１の情報を同時に持つことができる。これは量子力学の不確定性に
よるものであるらしい。確率的な性質を持ち、量子の状態を測定すると
どちらかの状態が観測される。つまり、あいまいな情報を持った量子を観測すると
どちらかの情報が観測される。しかも、どちらの結果がでるかは確率による。

そうだとすると、計算結果を知ることができない。
この疑問に関しては、確率というものを使っている。

つまり、観測することなく、答えの値の量子状態の確率を高める。
そうすることによって、観測したときに答えが見えるようになる。
１００％の確率となった時点で観測すれば、必ず答えが見えるということだ。

量子コンピュータのポイントとしては、２点。

１．少ないｂｉｔ数で多種類の情報を扱え、その入力、演算により多数の情報を一度に処理できる。
２．得られた結果の観測方法としては、答えの状態をとりえる確立を高め、観測することで答えの状態が観測できる。

という感じだろうか。

１についてはノイマン型の場合、１度に計算できるのは１演算だけである、
しかし、量子コンピュータの場合は、複数の状態を持つ量子で計算できることで、
多数の情報を一度に処理できるということらしい。

２については、量子は複数状態を持っていても、観測するとある状態に確定してしまう。
しかもそれは確率論による。そのため、答えの情報の出現確率を高くなるようにした上で、
観測を行うことで、結果を得るということらしい。

この本は本当の入門書のようである。したがって、上記の理解も正しいのかは
はっきりしない。ただ、なんとなく概念的なものは見えてきたのかな、という感想だ。

最後に、この本は、後半になってくると著者の思いが強くなってきており、
技術解説というよりは、どんなことに応用できるかや、現状の研究に対しての
思いみたいなものになっている。
量子コンピュータ研究についての考え方の参考としてはいいのではないか。
と思えば、量子コンピュータの概要、概観を知る上ではよい本であった。
今後、他の解説書、または、量子力学の知識を得て生きたいと感じた。

おまけ
ノイマン型コンピュータの本質は、トランジスタでコンピュータを作ることでも、
真空管でコンピュータを作ることでもない。その計算のやり方が問題なのだ。
と著者は思っている。
そして、量子コンピュータについても同様に思う。
量子コンピュータの実装方法についていくつかの研究が紹介されている。
すでにできあがった量子コンピュータはまだ存在せず、研究中である。
つまり、確定的な実装方法は確立されていない。
複数の情報をもつｂｉｔ列を入力して演算するという考え方が新しい量子コンピュータ
なのである。
ただ、その考え方がでてくるに至ったのは、複数の状態を同時にもつ
量子の性質が影響していたのであろう。と思う。

おまけ２
量子暗号についても解説されていた。