量子コンピューティングとは何ですか？ 通常のコンピュータは、論理の厳格な規則に従って動作します。 しかし、電子や光の光子などの小さな量子オブジェクトは、これらのルールを破ることができます
量子コンピューティングは、この量子ルールを破る これにより、通常のコンピュータよりも指数関数的に高速になる場合もあります。
例えば、ある量子コンピュータは、インターネットバンキングを安全に保つコードを簡単に解読することができます。
だから、スーパーコンピュータのように？
正確にはそうではありません。 量子コンピュータは単なる”より速い”コンピュータではありません。 いくつかの特定のタスクがあります–そのような非常に大きな数を因数分解するなど–量子コンピュータはで驚くべきことになります。 （これがコードブレイクの出番です–以下を参照してください。）しかし、ほとんどの仕事のために、量子コンピュータは、通常のコンピュータよりも少し良いだろう。
では、量子コンピュータは何のために使うことができますか？
それらはおそらく、現在のコンピュータが苦労している問題を解決する上で、政府機関、研究開発会社、大学にとって最も有用であろう。
物理学者リチャード-ファインマンが1981年に提案した最初の実用的なアイデアは、量子力学をシミュレートするために量子コンピュータを使用することで これは化学と生物学に影響を与えます。 例えば、化学者は薬物相互作用を正確にモデル化することができ、生物学者はタンパク質が折り重なり相互作用する可能性のあるすべての方法を研究することができます。
量子コンピュータはかつて学術的な好奇心だったが、1994年にアメリカの数学者Peter Shorが量子コンピュータを使ってコードを破る方法を見つけたときに興味が爆発した。
現在、多くのオンラインセキュリティシステムは、非常に大きな数を取り、その素因数が何であるかを把握することは不可能に近いという原則に基 通常のコンピュータができることは、何十億年もかかる可能性のあるタスクであるすべての可能性を次々に試すことです。 Shorのアルゴリズムを使用すると、量子コンピュータは数時間でタスクを実行することができます。
量子コンピュータは、データ内のパターンを認識するのにも素晴らしいかもしれません–画像内の異なるオブジェクトを識別できるなどの機械学習の問 彼らは、長期的な天気予報のように、将来を予測するためのモデルを構築するのに優れている可能性があります。
しかし、最終的には、量子コンピューティングの使用は予測不可能です。 1943年、IBMのトーマス-ワトソン社長は、”私は多分五つのコンピュータのための世界市場があると思います。「今、すべての家庭に5人がいます。
先例が指針であれば、量子コンピュータの使用がどのようなものになるかはまだ想像していません。
量子コンピューティングはどのように機能しますか？
通常のコンピュータは”ビット”に基づいています–1または0のいずれかを指す小さなスイッチとして想像してください。
量子コンピューティングは、0または1を表すこともできる量子ビット、または”量子ビット”に依存しています。 狂ったことは、量子ビットは同時に1と0の両方である「重ね合わせ」と呼ばれる混合状態を達成することもできるということです。 この曖昧さ–「ある」と「ない」の両方の能力–は、量子コンピューティングの力の鍵です。
重ね合わせはどのように役立ちますか？
通常のコンピュータと量子コンピュータの違いは、問題にどのようにアプローチするかに集約されます。
通常のコンピュータは、迷路から脱出しようとするのと同じ方法で問題を解決しようとします–可能なすべての廊下を試して、行き止まりに戻って、最終的に しかし、重ね合わせは、量子コンピュータが一度にすべてのパスを試すことを可能にします–本質的には、ショートカットを見つけます。
お使いのコンピュータ内の二つのビットは、四つの可能な状態（00、01、10、または11）にすることができますが、いつでもそれらのうちの一つだけ。 これにより、コンピュータは一度に1つの入力を処理することに制限されます（迷路の中で1つの廊下を試みるように）。
量子コンピュータでは、2つの量子ビットもまったく同じ4つの状態（00、01、10、または11）を表すことができます。 違いは、重ね合わせのために、量子ビットは4つすべてを同時に表すことができるということです。 これは、四つの通常のコンピュータが並んで実行されているようなものです。
通常のコンピュータにビットを追加すると、一度に一つの状態しか処理できません。 しかし、量子ビットを追加すると、量子コンピュータのパワーは指数関数的に増加します。 数学的に傾斜している場合、”n”量子ビットがあれば、2n状態を同時に表すことができると言えます。)
それはチェスのゲームを発明した古代インド人、セッサと呼ばれるについての古い寓話のようなものです。 王はゲームに喜んで、セッサに彼の報酬に名前を付けるように頼んだ。 セッサは謙虚に最初の正方形に小麦の一粒、第二に二つ、第三に四つのように単一のチェス盤を要求しました。 王はすぐに同意し、彼が地球上に存在していたよりも多くの小麦を約束したことに気づいていませんでした。 それが指数関数的成長の力です。
それぞれの正方形がセッサの小麦を倍増させたように、それぞれの追加の量子ビットは処理能力を倍増させます。 三つの量子ビットはあなたに23を与え、これは同時に八つの状態であり、四つの量子ビットはあなたに24を与え、これは16である。 そして64量子ビット？ 彼らはあなたに264を与えます、それは18,446,744,073,709,600,000の可能性です！ それは約百万テラバイトの価値があります。
64個の正規ビットはこの膨大な数（264）の状態を表すこともできますが、一度に1つしか表すことができません。 これらすべての組み合わせを20億秒（現代のPCの典型的な速度）で循環させるには、約400年かかります。
これは、量子コンピュータが古典的なコンピュータにとって”事実上不可能”な問題に取り組むことができることを意味します。
しかし、その指数関数的なスピードアップを得るためには、すべての量子ビットの運命は、量子もつれと呼ばれるプロセスで一緒にリンクされなければ アインシュタインが「遠くで不気味な行動」と呼んだこの奇妙な現象は、たとえ彼らが宇宙の反対側にいても量子粒子をつなぐことができます。
量子ビットを作るのは何ですか？
量子ビットを作るには、二つの状態の間の量子重ね合わせの状態を達成できるオブジェクトが必要です。
原子核は量子ビットの一種です。 その磁気モーメントの方向（それは「スピン」です）は、磁場に関して上下に異なる方向を指すことができます。
課題は、その単一の原子を配置し、それに対処することです。
ニューサウスウェールズ大学のミシェル-シモンズ率いるオーストラリアのチームは、シリコン結晶内の既知の位置に単一のリン原子を配置することによ
もう一つのアイデアは、原子から電子を取り除き、それをイオンに変えることです。 その後、電磁場を使用してイオンを自由空間に一時停止させ、レーザーを発射して状態を変更することができます。 これは、”トラップされたイオン”量子コンピュータのためになります。
超伝導金属のループ内の電流は、（時計回りと反時計回りの間の）重ね合わせることもできます。
光の光子は、それが振っている方向に重ね合わせることができます。 いくつかのグループは、光ファイバと鏡の迷路の周りに光子を送ることによって量子回路を組み立ててきました。
どのように重ね合わせを作成しますか？
コインの端に正確にバランスを取ろうとしたことはありますか？ それは量子ビットをプログラミングすることのようなものです。 それは、ある意味では、状態間で「バランス」されるように、量子ビットに何かをすることを含みます。
原子核の場合、これは電場または磁場でそれをザッピングすることによって可能性があり、離れることはどちらか一方を回転させる可能性があ
では、どのように量子ビットから情報を読み取るのですか？
量子計算中に何が起こるかについての神秘的なオーラがあります。 より多くの方法で物理学者は、量子ビットを、答えを神にするために平行世界との一種の量子セアンスに従事していると説明しています。
しかし、それは魔法ではなく、単なる量子力学です。
最初の計算のために新しい64量子ビット量子コンピュータを起動して実行しているとします。 あなたはちょうど64コインのように、すべての64量子ビットを重ね合わせて配置します。 264の可能な状態を保持しています。 これらの状態の1つが正しい答えを表していることを知っています。 しかし、どれ？
問題は、量子ビットを読むと重ね合わせが崩壊することです–それらのすべてのバランスのとれたコインでテーブルの上に拳を叩いているように。
ここでは、Shorのような量子アルゴリズムが便利です。 それはそれらが正しい側に落ちる可能性が高くなり、私たちに正しい答えを与えるために量子ビットをロードします。
量子コンピュータはまだ構築されていますか？
明らかにはい、それらのどれもまだ従来のコンピュータを上回る何もできませんが。
この3年間は量子コンピューティングの劇的な進歩を見てきました。 2016年にNature誌は、Googleの研究者によって開発された9量子ビットコンピュータを祝っていました。 18か月後の2017年12月、IBMは50量子ビットの量子コンピュータを報告した。 4ヶ月以内に、Googleは72量子ビットの「Bristlecone」量子コンピュータで再び前進しました。 一方、IBMは、最初の市販の量子コンピュータを生産している–価格のために、彼らの20量子ビットQシステムOneマシンへのクラウドアクセスを提供します。
D-Waveは、2000個の超伝導ループを量子ビットとして使用して作成することにまだ先行していますが、d-Waveが真の量子コンピュータを構築したことに懐疑的な物理学者
ビッグプレイヤーのすべては、彼らの視力の次の主要なマイルストーンを持っています：”量子覇権”。 これは、量子コンピュータが古典的な機械の能力を超えた問題を解決するときを意味します。 理論的には、これは50量子ビットマシンで可能でなければなりませんが、誤り率が十分に低い場合にのみ可能です。
なぜ量子コンピュータを構築するのがそんなに難しいのですか？
量子ビットの組み立てから情報の読み書き、不確実性のパフで消えることなく情報を前後に往復させることまで、あらゆるレベルで課題があります。
量子ビットは究極の歌姫です。 ハリウッドスターは巨大な楽屋とバラの花びらでいっぱいのお風呂を要求するかもしれませんが、量子ビットは完全な隔離と絶対零度以上の百分の一に設定されたサーモスタットを要求します。 近くの原子からのわずかな振動は、量子ビットが量子かんしゃくを投げ、その重ね合わせを失う可能性があります。
最も難しいのは、重ね合わせと絡み合いの微妙な状態を計算を実行するのに十分な長さ、いわゆるコヒーレンス時間を維持する方法です。
この困難な挑戦にもかかわらず、最初の実用的な量子コンピュータを構築するための競争は、世界中に散在する数十の研究機関の何千人もの物理学者とエンジニアを巻き込んで、私たちの時代の壮大な科学的課題の一つとなっています。