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