著者: 禅とコンピュータープログラミングの芸術
1 はじめに
近年の世界的な技術開発の加速と、量子コンピュータ、量子通信、量子不可視センシングなどの技術の出現により、企業や個人が徐々にナノメートルやミクロンプロセスの分野に参入してきました。2019 年 4 月、IBM は量子プロセッサー IBM Q の発売を発表し、同年末には量子コンピューター・ネットワーク IBM Quantum Network を開始しました。量子コンピューターは膨大なコンピューティングの可能性をもたらしますが、データのセキュリティ、信頼性、経済効率、プライバシー保護など、多くの新たな課題ももたらします。この記事では主に、量子コンピューティングの関連する理論的基礎と、フォトニック結晶ラックを使用して実際の量子コンピューターを実装する方法について説明します。
この記事では、回路モデル、ゲート回路モデル、量子回路モデルを組み合わせて、量子コンピューティングの原理とプロセスについて詳しく説明します。フォトニックトランジスタ、量子ビット、量子状態、量子ゲートなどの基本的な概念から始めて、それぞれの概念と機能を説明します。その後、量子回路の構築方法やアルゴリズムの実装方法など、具体的な実装方法を紹介します。最後に、量子コンピューティングの開発の歴史、将来の方向性、技術的問題についても概観します。この記事は、量子コンピューティングに関する体系的な入門チュートリアルを提供することを目的としています。
2.基本的な考え方
2.1 はじめに
量子コンピューティングとは、現代の物理法則を研究に使用する新しいコンピューティング手法を指します。古典的な計算手法の二値表現(Binary Representation)とは異なり、ギリシャ文字から構成される超対称多体量子系を使用します。このコンピューティング手法の背後にある動機は、古典的コンピューティングの限界に疑問を投げかけ、量子技術を通じて古典的コンピューターの限界を打ち破り、古典的コンピューターを超えるコンピューティングの高みを達成することです。
量子コンピューティングの理論的基礎は、次の 3 つの側面に要約できます。
- 量子重ね合わせ: 量子重ね合わせ状態と呼ばれる、マルチレベル画像を生成するために重ね合わせることができる量子現象 (電子や粒子など) の存在を指します。量子コンピューティングはこの特性を利用して計算を実行します。
- 量子通信: 量子通信は、量子通信の特性 (不確実性と冗長情報) を利用して、あらゆる規模で情報を送信します。
- 量子ランダムアルゴリズム: 量