量子コンピューターとは？

０〜７までの整数を２乗して
８で割った余りを求めなさい
0,1,4,1,0,1,4,1
【問題】
【答え】 0,1,4,9,16,25,36,49

0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
【手順２】メモリ上のデータを読み込み順番に計算する
古典コンピューター（0/1のみ使用）
【手順１】２進数に変換 ⇒ メモリに書き込む
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
0 5 7
6
3 4
2
1
【メモリ】
３×８＝24 bit

0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
計算1
【手順２】メモリ上のデータを読み込み順番に計算する
古典コンピューター
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
計算2‥
答 0
‥計算8
答 0 1 4 1 0 1 4
【計算時間=ｽﾃｯﾌﾟ数】
8 steps

量子コンピューター
【メモリ】 qubit（キュービット）を使う!
0+1 0-1
0 1
0,1だけではなく0+1, 0-1も書き込み可能！
0+1
【手順１】２進数に変換 ⇒ qubitに書き込む
0+1 0+1
3 qubit に0+1を書き込む！

【手順１】２進数に変換 ⇒ qubitに書き込む
0+1 0+1 0+1
× ×
量子コンピューター
量子力学の世界ではこれは『掛け算状態』なので、
展開することができて『足し算状態』
000+001+010+011+100+101+110+111
と等しい（ことが保証されている）
⇒とりあえず、8状態を記憶できる
【メモリ】
３qubit

000+001+010+011+100+101+110+111
【手順２】qubit上のデータに対して同時に計算する
並列計算！
000+001+100+001+000+001+100+001
答 0 1 4 1 0 1 4 1
【計算時間=ｽﾃｯﾌﾟ数】
1step
量子コンピューター

メモリ：10×1024
＝10240 bit
計算時間：1×1024
=1024 steps
メモリ：10 qubit
計算時間：1step
古典コンピューター
メモリ：３×８＝24 bit
計算時間：1×８＝８steps
量子コンピューター
メモリ：３qubit
計算時間：1step
量子コンピュータの方が
増え方が緩やか…
【問題】
０～７までの…
【問題】
０〜1024（=２
10
）
までの…
【問題】
０〜２
200
までの…
200× ２
200
＝天文学的数字 bit
1× ２
200
=天文学的数字 steps
メモリ：200 qubit
計算時間：1step
指数爆発！

量子コンピューターの凄いところ
並
列
計
算
記
憶
容
量
【記憶容量＝メモリ】
N qubit=2
N
bit
=2
N-40
GB=2
N-43
TB
Nが数百で天文学的数字
【並列計算】
メモリ上のデータに対して
同時に計算を適用！

（現状の）量子コンピューターの課題
【ソフトウェア面】
1. 「計算を実行する」部分の設計が困難
• 特定の問題についてはOK
➢ （大きな数の）素因数分解、BigData検索、など
2. 欲しい答えを読み出すのがむずかしい
• （並列）計算結果を順番にチェックしていては日が暮れる…

（現状の）量子コンピューターの課題
【ハードウェア面】
1. qubitにエラー訂正機能がない
• ノイズなどで０⇒１、１⇒０、０＋１⇒０－１などに変わってし
まうと訂正できない
2. 実用的な量子コンピューターを「何」でつくれ
ばよいのか試行錯誤中…
• 超電導、イオン、シリコン、光（レーザー）、マヨラナ粒子？