人類の持つ技術は長い間
火と尖った棒だった
今は発電所や核兵器に変わり
人の脳は進歩した
1960年代からは機械が進歩を続け
年々より小型に より強力になった
だがここに物理的限界がきた
小さくなりすぎたのだ
この問題を基礎から説明していこう
コンピューターの構成要素は単純だ
記憶 演算 制御の装置でできている
中にはチップ モジュール
論理ゲート トランジスタがある
トランジスタは単純なスイッチで
情報を流したり止めたりしている
情報はビットで表され
０か１の値を取る
複数あれば より複雑な情報も表せる
論理ゲートは単純な演算を行う
例えばANDゲートは
全部１だと１を送り
それ以外は０を送る
この集まりがモジュールとなり
足し算ができる
足し算で掛け算ができ
掛け算ができれば 何でもできる
あるのは単純な計算の集まりだ
７歳の子が集まって
計算しているようなもの
だがこれで
物理学やゼルダが可能になる
物質が小さくなると
量子の性質が現れる
トランジスタは電気のスイッチだ
電流は電子の動きであり
スイッチはこの流れを遮断している
今この大きさは14ナノメートルで
HIVウイルスの８分の１
赤血球の500分の１しかない
この大きさまで小さくなると
電子はトンネル効果により
壁をすり抜けてしまう
量子の世界に通常の物理学は使えず
機械も使えなくなってしまう
技術は物理の限界に来たようだ
この問題を解決するため
新しい機械が考案された
量子コンピューターだ
普通はビットを使うところを
二つの状態を取れる
量子ビットを使う
量子が磁場であると同時に
粒子であることを利用する
０と１の状態があり
これは光子の偏光状態に近い
量子ビットは一つの状態ではなく
一度に二つの状態で存在する
これを重ね合わせと呼ぶ
光子は偏光板に通した瞬間
垂直偏光か水平偏光かが決定される
観測されない限り量子ビットは
０と１の両方であると考えられ
特定の状態は観測した瞬間に決まる
重ね合わせが肝だ
通常４ビットで情報を表すときは
16通りあるうちの一つしか使えない
でも量子ビットを使えば
16通りすべてを一度に表せる
この増加は指数関数的だ
20個使えば100万通りが並列できる
さらに量子もつれという現象がある
二つの量子ビットが 離れていても
同時に同じ状態になる現象だ
これにより一方を見るだけで
もう一方の状態を知ることができる
量子ビットの操作は難しい
論理ゲートでは
一つの入力に一つの出力をしていた
量子ゲートでは入力が回転して
出力として別の重ね合わせが現れる
量子ビットに入れた入力が
量子ゲートを通ってもつれ
それを観測すると
重ね合わせが崩れて結果がわかる
そこでは可能な計算が
全部同時に行われている
求めたい結果はその中の一つなので
それを探し出す苦労がある
だが量子の性質をうまく利用すれば
超高速な計算が可能になるだろう
私たちの生活に量子化は必要ないが
いくつかの領域では重要だ
一つはデータベース検索
普通はすべての要素を参照するが
量子のアルゴリズムでは
その平方根の時間で検索できる
一番大変なのは情報セキュリティだ
現在 ネットや銀行では
公開鍵を使う方法によって
情報を暗号化して守っている
だが公開鍵は計算すれば
解読できるものだ
普通のコンピューターでは
何年もかかる計算だが
量子コンピューターを使えば一瞬だ
シミュレーションにも使える
膨大な計算が必要な分野であり
分子構造の解析などに役立つだろう
量子力学自体の研究にも当然使える
医学も飛躍的に進歩するだろう
量子コンピューターは道具ではなく
革命かもしれない
技術に限界はあるのか？
やってみなきゃわからない