量子コンピューターって何？分かり易く解説してみた。

みなさんこんにちは、最近早起きばっかりしてるたのらです。

世界には、まだまだ解明できていない不思議な物質や現象など様々な物が存在します。

今回は時々ニュースなどで見かける量子コンピューターについて、難しい言葉を極力使わず独自にわかりやすく解説してみようと思います。

量子コンピューターって？

たまにニュースなどで目にする機会がある量子コンピューターですが、初めて目にすると量子？とかさっぱりですよね。

現在世に出回っているコンピューターには演算（計算）処理をするためのCPU（Central Processing Unit）という、「中央処理装置」が必ず入っています。

そのCPUは毎年毎年性能を重ねていき、コンピューターが普及し始めた2000年代初期と比べおよそ数十倍にも上る進化を遂げてきました。

CPUの中には何が入っているかというと、トランジスタ回路（電気を流すと1、止めると0となるスイッチ）がたくさん敷き詰められています。それぞれが多く組み合わさり、二進数（0と1）で表すことによって複雑な計算ができるようになっているわけですね。ざっくりと説明するとこんな感じです。

この回路は年を追うごとに小型化していき、CPUの処理能力は段々と上がっていったのですが、つい最近その小型化に限界が生じようとしているのです。※ムーアの法則と言われています。

世の中の物質は全て分子や原子といった物質の大元から成り立っていますが、小型化をするということは、その大元に限りなく近づいていくということになります。

しかし大元が存在するということは、その大元よりも小さい物質にはなれません。

現在観測されている物質で最も小さいと言われているのは、ほとんどが原子レベルと言われています。

それ以下になると電子や原子を構成する周りの陽子、ニュートリノなどがありますが、ニュートリノほど小さくなると地球をすり抜けてしまうのです。それではそもそもCPUとして扱うことはできませんよね。

そのためトランジスタの小型化には限界があり、それ以上の性能を出すことが不可能になってしまいます。他にも限界以上のCPUを開発しようとすると莫大な開発コストがかかってしまったり消費電力が格段に上昇してしまうという問題も抱えています。

その問題を解消するべく出された案が、トランジスタの代わりに量子使ったCPU、量子コンピューターというわけです。

そもそも量子とは何か

量子と聞くとどこかで一度は聞いたり目にしたりしたことはあるのではないでしょうか？

宇宙やブラックホールなんかに興味を持っている人は知っているかもしれませんが、量子はとは波や粒子の性質を併せ持ったエネルギーです。まず次に説明する実験が量子を説明するにあたって最も重要な要素になります。

量子力学の中で重要になるのが「二重スリット実験」というものなのですが、どういう実験なのかというと、まず二つの同じ大きさのスリットを用意し、そこに粒子を射出しスリットを通過させ、打ち付けられたら壁の模様を観察します。

通常であればスリット2本分の模様がそのままできると想像しますよね？しかし実際には模様は2つにはならず、縞模様として現れることが分かっています。つまりこれはどういうことかというと、同じ状況で水面のように波を発生させて観察したところ、スリットを通過した波同士がぶつかり合って干渉することで別の波が生まれ、結果的に壁には複数の縞模様が出現します。つまり粒子には波と同じ性質があると考えられています。

波の性質があるとは不思議だと、もっと細かく粒子の性質を分析するべく、今度は粒子がスリットを通り抜ける瞬間を観察しようとしました。すると不思議なことに、今度は縞模様ではなく単純にスリット2本分の模様が現れたのです。「観察」をする前は波の性質を持っていた粒子が、「観察」をしたことによってその「性質」が変わったのです。

もう何を言っているか訳わからないですよね(笑)

要は粒子には「観察」をしていない状態では、波である性質と、粒子である性質「2つの状態が同時に存在している」ということが言えるわけです。

不思議ですよね。世の中にはこんな不思議な物質も存在しているわけです。

この2つの状態が同時に存在しているという部分が重要で、これを応用すると、0と１が同時に存在しているという状況を作り出せるため、0か１かの計算をするよりも0と１を同時に計算できるため、それをトランジスタの代わりにすることでとてつもなく高速なCPUが作り出せるのです。