光の量子コンピューター (インターナショナル新書)

著者 : 古澤明

• 集英社インターナショナル (2019年2月7日発売)

作品紹介・あらすじ

光を使った独自の方式により、量子コンピューター開発のトップを走る著者が、その仕組みと理論を徹底解説。
スーパーコンピューターをはるかに凌ぐ低消費電力と高速計算を両立させる量子コンピューターの実現へ向けて、現在、さまざまな方式が模索されている。
世界中で競争が激化する中、圧倒的な勢いを見せるのが、光を使った量子コンピューターの研究だ。
革新的な光量子コンピューターが完成する日は、もう間近に迫っている。

竹内 薫氏、推薦!

(目次より抜粋)
第1章 勃興する量子コンピューター
排熱をゼロにできる量子コンピューター/「重ね合わせ」とシュレーディンガーの猫/「量子もつれ」とは何か
第2章 量子コンピューターは実現不可能か
世界中で研究開発が加速する量子コンピューター/量子コンピューターで高速計算処理を実現するには/量子コンピューターが低消費電力である理由/困難を極める量子コンピューター開発
第3章 量子コンピューターへの胎動
「量子テレポーテーション」とは何か/光を使うことの優位性/光子を使って量子もつれを生成する/「誤り訂正」とは何か/光が先駆ける量子誤り訂正
第4章 量子テレポーテーションを制する
量子テレポーテーション研究のきっかけ/光で光の位相を制御する/1998年、完全な量子テレポーテーションに成功/
キンブル教授と1杯のビールを賭けた実験/2004年、3者間の量子もつれの量子テレポーテーションネットワークに成功
第5章 光量子コンピューターへの布石
2009年、9者間量子もつれ制御に成功/2011年、シュレーディンガーの猫状態の量子テレポーテーションに成功/重力波の観測にも貢献したスクイーズド光の開発/「クレイジー」なベンチャー企業の社長との共同開発
第6章 光量子コンピューターへのカウントダウン
光量子コンピューターを実現する「時間領域多重一方向量子計算方式」/2次元での超大規模量子もつれ/2015年、量子テレポーテーションの心臓部の光チップ化/
革新的発明「ループ型光量子コンピューター」/もう視野に入っている光量子コンピューターの完成/量子コンピューターがもたらす未来社会

●プロフィール
古澤 明(ふるさわ あきら)
物理工学者。一九六一年、埼玉県生まれ。一九八四年、東京大学工学部物理工学科卒業。一九八六年、同大学大学院工学系研究科物理工学専攻修士課程修了、株式会社ニコン入社。
東京大学先端科学技術研究センター研究員、カリフォルニア工科大学客員研究員、東京大学大学院工学系研究科助教授を経て、二〇〇七年から現職。
著書に『量子テレポーテーション』『量子もつれとは何か』(共に講談社ブルーバックス)などがある。

感想・レビュー・書評

[澤田拓也さんの感想 · 2019年12月15日]

著者ら日本チームが進めているのは、他の方式とは異なる光の量子効果を用いた量子コンピューターである。いくつかある候補の中でも著者は最も実現性が高いと評価している。

量子コンピューターは、セールスマン巡回問題や暗号でも使われている素因数分解など特定の得意な領域においてはけ桁違いの計算能力を発揮すると言われて、注目を集めている。
著者らは、量子コンピューターのメリットを計算能力だけではなく、圧倒的な低消費電力が既存のコンピューターに対する最大のアドバンテージになると考えている。今のデータセンターが場所よりもまず電力の確保やそのための空調能力によって制限されていることを考えると、そのメリットは非常に大きい。一方では、単位体積当たりの計算能力も気になってくるところだ。

著者の完全な量子テレポテーションの成功は、サイエンス誌が選ぶ1998年の10大成果のひとつにも選ばれて大きな注目を集めているらしい。多者間の量子もつれの判定条件や2006年当時の世界最高であるスクイーズド光の出力を得たり、時間領域多重という新しい方法を確立したり、と世界的にも有名な研究者のようだ。

まずは大型の光量子コンピューターを実現し、その後光量子通信に発展させるという構想を持っているという。期待したい。

[kaz.fさんの感想 · 2023年1月6日]

書いてある内容の１％も理解できなかった。なんかスゲーということだけわかった。ウインドサーフィンしてる著者の写真は余計だと思った。

[dattsuさんの感想 · 2022年6月9日]

量子テレポーテーションの章以降が難解。が、不思議と面白い。

【感想】
　知人が量子コンピューター関連の企業で働いているため、「量子コンピューター」自体に興味があった。産業・メディアも盛り上がりを見せているため、手に取った。結果、読んでよかった。量子コンピューターの何がすごいのか、どう便利なのか、なぜ開発が難しいのかが分かった。加えて、巷でよく効く「量子アニーリング方式」と「量子ゲート方式」の違いもざっくりと分かった。本曰く、量子アニーリング方式は、組み合わせ最適化問題を解くことが中心であり、いわゆる汎用コンピューターのような役割は果たすことができないのである。つまり、量子アニーリング方式のマシンは、そもそも量子コンピューターと呼ぶかどうかも議論が分かれるポイントらしい。
　加えて、「量子アルゴリズム」という概念を知ったのも面白かった。この本の著者は「量子コンピューターの開発」の研究をしている。ただ、私の知人は、よく考えると、量子コンピューターの開発はしていない。では何をしているかというと、「量子アルゴリズム」を汎用サービスとして提供している。本を読む前は、量子コンピューターを作ることと、量子コンピューターを動かして問題を解くための量子アルゴリズムの概念も区別できていなかった。最近よくみる量子コンピューター系のベンチャーは、量子アルゴリズムを使う機会提供をビジネスとしているのだろう。
　この本の4章以降は量子テレポーテーションと、筆者の研究人生のハイライトが記述されている。何を言っているかほとんど分からないのだが、ほとんど分からない状態が面白かった。すごいことをやっているんだなぁと。

【本書を読みながら気になったコト】
量子コンピューターを語る上で必須の概念について、この本で初めて読み、理解を深めた。結果的に、この本を読んで思考をする、というよりは、理解のためのメモが多くなってしまった。


・DWAVEが2011年に世界で初めて量子コンピューターの開発に思考したと発表したことで、量子コンピューターについての注目が高まった
・>>「しかし、この量子コンピューターは、実は『量子アニーリングマシン』と呼ばれるもので、従来から研究開発が進められてきた汎用型の量子コンピューターとは全く異なる動作原理で動いている。（中略）量子アニーリングマシンとは、ある特定の問題、いわゆる『組み合わせ最適化問題』の計算処理に特化した専用マシンなのだ。そのため、これを量子コンピューターと読んでよいか否かについては、今なお五輪の余地がある」
・物理学者の神と称えられるファインマンが量子コンピューターの理論を作った。量子コンピューターの意義は従来の古典コンピューターとは異なり、計算処理に伴って排出される大量の熱エネルギーを理論上、ゼロにできること
　・古典コンピューターは電子回路を使って計算処理を行い、メモリーに記録する。そのたびに、使用された電気エネルギーが熱エネルギーとなって排出されている。したがって、計算処理が高速になればなるほど大量の熱が発生する。
　→スーパーコンピューターは、冷却に多くの部品、電力を利用している
・>>量子とは、簡単に言えば、原子や分子、電子、光子といった非常に小さな物資やエネルギーの単位のこと
　→>>この極小の世界では、エネルギーは連続的な値手はなく、離散的な不連続な値を取るようになる。これを「量子化」という。そして、こうした量子特有の物理現象を記述するのが、量子力学という

■量子コンピューターの仕組み
＊重ね合わせ
>>一個の量子において、複数の状態が同時に存在している、つまり重ね合わさっている現象のことをいう
　・通常のデジタル処理では、０か１かの値で表されて、計算処理される
　・量子コンピューターで量子ビットとして用いる量子は、観測するまで「０」と「１」どちらの状態にもある。これを「重ね合わせ」という
　・観測することによって、「波測の収縮」が起こり、状態が確定する
＊量子もつれ
>>重ね合わせ状態にある量子が2個以上ある特殊な状態で、そのうちの1個の量子を観測すると、他の量子にも瞬時に影響がおよぶ不思議な状態のこと
>>超電導のもとで流れているクーパーペアという電子対を分けた２つの電子や、非線形光学結晶に強いレーザー光を照射したときに放出される２つの光子など、特殊な重ね合わせ状態にあり、空間的に離れていても相関をもつ。こうした状態を「量子もつれ」という。
　たとえば、量子Aを測定すると波束の収縮が起こり、重ね合わせ状態が壊されて「０」か「１」かのどちらかに確定してしまう。このとき、量子Ａの状態が「０」に確定すると、その影響は空間的な距離に関係なく、瞬時に量子Ｂに伝わり、量子Ｂの状態は「１」に確定してしまう。

■なぜ光が量子コンピューターの量子としてよいのか
・常温で安定している。別の量子を用いる場合、極端に温度を落さないといけないケースがある

■なぜ量子コンピューターの実現が難しいか
・量子は不安定。ノイズを受けても誤りを訂正できる仕組みが必要。しかし、その誤り訂正の仕組みを作るのが困難

・光量子コンピューター開発の最終ゴールは光チップ化。それにより、モバイル機器に搭載が可能になるかも。2039年ごろの実現を目指している

[にっしゃぁんさんの感想 · 2022年4月24日]

専門的な所もあるので、理解出来ない箇所もある。しかし、文章自体は平易なので、大まかな概念は掴めるのではと思う

[なかじさんの感想 · 2022年3月24日]

正直、殆ど理解できなかった。
光の周波数が10テラヘルツ以上、電気と比べると桁が全く違う。
それだけ考えてもかなり高速な処理能力をもたらしてくれるんだろうなと気づけたのが唯一の収穫か。

[dai-aiさんの感想 · 2022年2月28日]

●量子力学が得体の知れない学問と捉えられていたのは、20世紀半ばまでのこと。単なる思考実験に過ぎなかったことが実験によって実証されるケースが増え始め、むしろ量子力学のメリットを積極的に利用していこうと言う動きが活発化してきた。
● 2010一年カナダのベンチャー企業が作った量子コンピューター。これは量子アニーリングマシンと呼ばれるもの。組み合わせ最適化問題の計算処理に特化した専用マシン。
●日本初のオリジナルは光を使った量子コンピューター。常温の環境下で安定的に動作する。クロック数も高速だ。
●「量子ビット」古典コンピューターで使う0と1のどちらかで情報を表すのに対し、0でもあり1でもあると言う重ね合わせ状態を持つ。
●そのかわり非常にデリケートである事で壊れやすいと言う問題がある。
●量子テレポーテーションの意味はいわゆるテレポーテーションのことではない。量子を用いた情報の送信方法のことを言う。

[E.Moguraさんの感想 · 2021年1月27日]

量子コンピュータって何？
本書のおかげでやっと少しわかるようになった。
色んな方式もあるようで、本書の「光」が本命なのかどうかは分らないけど、死ぬまでに使うことはできるのだろうかねぇ？

[ケンイチの弟子さんの感想 · 2020年7月26日]

量子コンピュータの解説は少ない。その原理の量子テレポーテーションの解説なんだが簡略過ぎ。別著書の量子テレポーテーション(ブルーバックス)を読まねば。
日本独自技術でありネジ一本から開発とは凄い。集積化出来るのか？ 100万qbは出来るのか？
時間領域多重化で無限に増やせる！！
光メモリは期待。

[norikoniさんの感想 · 2020年5月30日]

図書館で借りた。量子コンピュータ関連のお勉強

[大空を自由に舞う小鳥さんの感想 · 2020年4月20日]

発想の斜め上感がすごい。

その発想はなかったわ。っていうのを思いついて、でもそんなのできるわけないよね(笑)と思ってるとほんとにそれを実現しちゃうっていう。いやでもまぁ、SFだしね。

え、現実なの！？

天才ってこういうものなのか・・・

著者プロフィール

古澤/明
物理学者。1961年、埼玉県生まれ。1984年、東京大学工学部物理工学科卒業。1986年、同大学大学院工学系研究科物理工学専攻修士課程修了、株式会社ニコン入社。東京大学先端科学技術研究センター研究員、カリフォルニア工科大学客員研究員、東京大学大学院工学系研究科助教授を経て、2007年から東京大学大学院工学系研究科教授

「2020年 『新版 量子光学と量子情報科学』 で使われていた紹介文から引用しています。」