量子鍵師 2020 9 6
多くの人は、量子コンピューターの仕組みが、
わかりにくいと思っているでしょう。
その仕組みを詳しく理解するには、
物理学の量子論を学ぶ必要があると言われます。
しかし、理科系の学生でも、
量子論は難しいので苦手だと聞きます。
確かに、「量子的重ね合わせ」や「確率振幅」は、
一般常識から大きく離れた考え方です。
時々、見かけるのは、コインを使う説明です。
コインの表を「0」、コインの裏を「1」とすると、
机の上で、コインを回すと、
コインが回っている状態ならば、
「0」でもなく「1」でもない状態です。
つまり、「0」と「1」が共存する状態です。
そこで観測すると、
つまり、コインの動きを止めると、
「0」か「1」の状態が確定します。
しかし、この説明は、
「確率振幅」の説明にはなっていないかもしれません。
さて、「ニュートン式超図解 量子論」を見ていたら、
わかりやすい図解がありました。
大型の金庫というと、鍵はダイヤル式が多いでしょうか。
しかし、ここでは、スイッチ式の金庫を考えます。
スイッチとは、壁にある電気のスイッチをイメージしてください。
このようなスイッチが金庫に10個ついているとします。
スイッチOFFが「0」、スイッチONが「1」だとすると、
金庫を開ける鍵の組み合わせは、
「0000000000」から始まって、「1111111111」まで、
2の10乗、つまり1024通りあります。
従来型のコンピューターでは、
1024回分の計算が必要となりますが、
量子コンピューターでは、重ね合わせの状態のまま計算すれば、
1度に1024パターンのすべてについて計算したことになります。
もちろん、スイッチは、「量子スイッチ」という仮定です。
量子スイッチは、「ON」と「OFF」の両方の状態を取ることができます。
つまり、量子スイッチの状態では、
10桁分の「0」と「1」が重なり合った状態を取ることができるのです。
要するに、量子スイッチは、ONとOFFを同時に表現できる量子ビットです。
「10個の量子スイッチは、1024個のすべてのパターンを同時に表現しています。
金庫の取っ手をゆっくり回すと、量子スイッチに変化が生じます。
最初は、均等に上と下を向いていた各スイッチが、
少しずつ上か下に偏ります。
取っ手を最後まで回すと、
各スイッチがはっきりと上か下を向き、正解のパターンを示すのです」
（引用、以上）