量子もつれ～Quantum entanglement

　富士通と理化学研究所は２２日、従来の４倍に性能を高めた新型の量子コンピュータ
ーを共同開発したと発表した。
　量子コンピューターは、ミクロな世界の特殊な物理法則「量子力学」を利用した次世
代の計算機で、通常のコンピューターでは何万年もかかる計算も短時間で処理できると
期待される。
　そもそも量子コンピューターってどんな仕組みで計算はできるのか？
　みんなが使っているスマホやパソコンの中にあるコンピューターは、「0」か「1」の
数字を使って計算しています。これは、電気のスイッチが「オン」か「オフ」になって
いるのと同じです。たくさんのスイッチを組み合わせて、文字や画像を表示したり、
ゲームをしたり、インターネットをしたりしています。このスイッチは、絶対に
「オン！」か「オフ！」のどちらかの状態にしかなりません。
　それに対して、量子コンピューターは、ミクロな世界で起こるちょっと不思議な現象
を利用して計算します。
　量子ビット：0と1のあいまいな状態
　普通のコンピューターの情報の一番小さい単位を「ビット」と言って、「0」か
「1」のどちらかの値しか取れません。
　量子コンピューターでは、「量子ビット」というものを使います。この量子ビットは
なんと「0である」と同時に「1でもある」という、ちょっとありえないような状態に
なれるんです！
　例えるなら、普通のビットがコインの裏表のように、どちらか一方しか向けないのに
対して、量子ビットは回っているコマのようなイメージです。コマが回っている間は、
表か裏かハッキリしませんよね？止まった瞬間に、表か裏かが決まります。
　量子ビットも同じように、計算が終わって結果を見るまでは、0と1が混ざったよう
な、あいまいな状態なんです。このあいまいな状態のことを「重ね合わせ」と言います。
　重ね合わせで何ができるの？
　この重ね合わせの状態のおかげで、量子コンピューターは、たくさんの可能性を同時
に考えることができるようになります。
　例えば、ある迷路のゴールを探す問題を考えてみましょう。
　普通のコンピューターは、一つずつ順番に道を進んで、間違えたら戻って別の道を探
す…というのを繰り返します。だから、迷路が複雑だと、ゴールを見つけるのにすごく
時間がかかることがあります。
　でも、量子コンピューターは、重ね合わせの状態を使って、全ての道を同時に少しず
つ探すことができるんです！まるで、たくさんの分身が同時に色々な道を試しているよ
うなイメージです。だから、普通のコンピューターよりも早くゴールを見つけられる可
能性があるのです。
　量子もつれ：離れていても繋がっている？
　さらに、量子コンピューターには「量子もつれ」という、もっと不思議な現象があり
ます。これは、二つの量子ビットがまるで魔法で繋がっているかのように、片方の量子
ビットの状態が変わると、離れているもう片方の量子ビットの状態も、瞬時に変わると
いうものです。
　例えば、双子の兄弟がいて、片方の気持ちが分かると、もう片方の気持ちもすぐに分
かってしまうようなイメージです。この量子もつれを利用すると、たくさんの量子ビッ
トが協力して、より複雑な計算を効率的に行うことができるようになります。
　だから、今のスーパーコンピューターでも時間がかかってしまうような、新しい薬や
材料の開発、複雑な金融の予測など、色々な分野で活躍することが期待されています。
　まだ難しい部分もあるかもしれませんが、「0と1が同時にあり得る」「一度にたくさん
のことを考えられる」「離れたものが繋がっている」という点が、量子コンピューター
のユニークでパワフルな特徴だと覚えておくと良いでしょう。
　一方、量子コンピューターは計算エラーが多く発生するという課題があり、実用化に
はエラーを訂正する技術の確立が不可欠とされています。
　課題を解決して様々な今後に役立つ企画が進んでいく事を期待したいですね。

Fujitsu and the RIKEN Institute of Physical and Chemical Research announced on the 22nd that they have jointly developed a new quantum computer with four times the performance of conventional computers. Quantum computers are next-generation computers that use the special physical laws of the microscopic world, known as quantum mechanics, and are expected to be able to perform calculations in a short time that would take tens of thousands of years on a normal computer. How does a quantum computer actually perform calculations? The computers inside the smartphones and PCs that we all use perform calculations using the numbers "0" or "1". This is the same as a light switch being "on" or "off". We use a combination of many switches to display text and images, play games, and access the Internet. These switches can only ever be "on!" or "off!" In contrast, quantum computers perform calculations using a slightly mysterious phenomenon that occurs in the microscopic world. Quantum bit: An ambiguous state of 0 or 1 The smallest unit of information in a normal computer is called a "bit" and can only take on one of two values: "0" or "1". Quantum computers use something called a "qubit." This qubit can be in a somewhat impossible state: it can be both "0" and "1" at the same time! To put it in perspective, a normal bit can only face one way, like the heads of a coin, but a qubit is like a spinning top. While the top is spinning, it's not clear whether it's heads or tails, right? The moment it stops, it's decided whether it's heads or tails. Quantum bits are also in an ambiguous state, like a mixture of 0 and 1, until the calculation is finished and the result is seen. This ambiguous state is called "superposition." What can superposition do? This superposition state allows quantum computers to consider many possibilities simultaneously. For example, consider the problem of finding the goal of a maze. A normal computer would go down each path in order, and if it makes a mistake, it would go back and look for another path... and repeat this process. So if the maze is complicated, it can take a very long time to find the goal. However, quantum computers can use the superposition state to search all paths at the same time, little by little! It's as if many clones are trying various paths at the same time. This means that quantum computers may be able to find the goal faster than normal computers. Quantum entanglement: connected even when separated? Quantum computers also have an even more mysterious phenomenon called "quantum entanglement." This is when two quantum bits are magically connected, and when the state of one quantum bit changes, the state of the other quantum bit, which is separated, also changes instantly. For example, if you have twin brothers and you understand the feelings of one, you can immediately understand the feelings of the other. By using this quantum entanglement, many quantum bits can cooperate to perform more complex calculations efficiently. Therefore, it is expected that quantum entanglement will be useful in various fields, such as the development of new medicines and materials, and complex financial predictions, which would take a long time even with current supercomputers. Although there may still be some difficult aspects, it is good to remember that quantum computers have unique and powerful characteristics, such as "0 and 1 can exist simultaneously," "many things can be thought of at once," and "distant things are connected." On the other hand, quantum computers have the problem of frequent calculation errors, and it is said that the establishment of technology to correct errors is essential for practical use. I hope that the problems will be solved and various useful projects will progress.