量子コンピュータが私たちの未来を変える日は実はすぐそこまで来ている。
そんな今だからこそ、量子コンピュータについて知ることには大きな意味がある。単なる専門技術ではなく、これからの世界を理解し、自らの立場でどう関わるかを考えるための「新しい教養」だ。
『教養としての量子コンピュータ』では、最前線で研究を牽引する大阪大学教授の藤井啓祐氏が、物理学、情報科学、ビジネスの視点から、量子コンピュータをわかりやすく、かつ面白く伝えている。今回はシュレーディンガーの猫について抜粋してお届けする。
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量子ビットの重ね合わせ
コンピュータの黎明期と同様、量子コンピュータにおいても、「エラー」の問題は避けて通れない。
現在、最も性能が良い量子ビットであってもエラー確率は0.1パーセント程度で、1000回に1回はエラーを起こす。
これは、量子ビットが「0」と「1」の量子的な重ね合わせを保持しなければならないことに原因がある。
量子ビットは「0」か「1」かを測定して知ってしまうと重ね合わせが壊れ、単なる古典ビットになってしまう。
これは、私たちが意図的に測定器を使って量子ビットを観測する場合に限った話ではない。
量子ビットが、知らないうちに周囲の環境と関わってしまい、情報が外に漏れてしまうだけでも、量子としての性質（コヒーレンス）が失われてしまう。
その結果、量子ビットは古典ビットのごとく振る舞うようになってしまうのだ。
猫は生きているかわからない？
量子の重ね合わせ状態がいかに壊れやすいかを示す例として有名なのが、「シュレーディンガーの猫」である。
猫が入った箱のなかでは、確率的に崩壊する放射性物質に反応して毒ガスが発生する。
放射性物質は崩壊する、しないの重ね合わせであるため、「生きている猫」と「死んでいる猫」が同時に存在するという、量子的な重ね合わせの状態を例えたものだ。
このような重ね合わせ状態は、理論的には存在できるが非常に壊れやすく、重ね合わさっていることを検証するのは極めて難しい。
その理由は、猫のような大きな（マクロな）存在は、周りの環境とさまざまなかたちで関わっているからである。
たとえば、猫が生きていれば心臓が鼓動し、空気を振動させる。
そうした音は、生きている場合と死んでいる場合で異なるだろう。
また、体から発する熱からも猫が生きている状態と死んでいる状態を識別できてしまう。
つまり、「シュレーディンガーの猫」が本当に量子的に重ね合わさっている状況にするためには、環境にいかなる生死の痕跡を残してもいけないのである。
そのため、こうした大きな存在の重ね合わせは、現実にはほとんど維持できないのだ。
『鶴の恩返し』も重ね合わせ
多くの読者には『鶴の恩返し』の例えの方がわかりやすいだろう。『鶴の恩返し』は、次のような昔話だ。
男が鶴を助けたその晩、美しい娘が家を訪ねてきた。
妻になった娘は、「決して部屋を覗かないでください」と言って素晴らしい布を織るが、男は好奇心に負けて覗いてしまう。
すると、正体を知られた妻（鶴）が飛び立っていってしまう話である。
「機織りをしている鶴と娘が重ね合わさった状態」は、障子を開けてしまうことで、どちらの姿であるかを観測する。
その結果、重ね合わせが解け、鶴は飛んでいってしまう。
この例と同様に、量子ビットが量子性を保ち正しい計算をするためには、量子情報を環境との相互作用から守り、孤立させることが必要となる。
（本稿は『教養としての量子コンピュータ』から一部抜粋・編集したものです。）
量子コンピュータは「単なる速い計算機」ではない――著者より
皆さんは「量子」あるいは「量子コンピュータ」という言葉を聞いて、どのようなイメージを持つだろうか。
「何か不思議でよくわからないもの」「小さくて難しそうなもの」といった印象を持つ人もいれば、最近では「ビジネスにつながりそう」と感じている人もいるかもしれない。
量子関係のニュースが出ると乱高下する「量子銘柄」なる企業の株もあるそうだ。
あるいは、残念ながらテレパシーや死後の世界など、精神世界の崇高なキーワードとして「量子」が語られることもある。
なぜ「量子」にはこれほど多種多様なイメージがまとわりつくのだろう。
それは、量子が日常的に見たり触れたりできる「古典的な世界」とは異なる、私たちの直感を超え、想像力を必要とする「概念的な世界」とつながっているからかもしれない。
これが「量子」の持つ不思議な魅力や技術の可能性の根源でもあり、また同時に、そのわかりにくさの理由にもなっている。
量子コンピュータはこれから世界をどう変えるのか?
正直にいうと、私たち研究者にもまだはっきりとはわからない。
それが知りたくて量子コンピュータの研究をしている。
一九五〇年代の科学者たちが、将来コンピュータが人類全体のコミュニケーションや経済の基盤になるとは想像できなかったように、量子コンピュータが何をもたらすかも、これから形づくられていくものだ。
しかし、確かなのは「何かすごいことが起きそうだ」という予感である。
そして、そうした予感を信じて手を動かし続けた人たちが、現代のインターネットや生成AIを作ってきた。
本書では、量子力学誕生から百年にわたる歩みと、そこから生まれた量子コンピュータの全体像、そして未来に向けた応用までを、わかりやすく、かつ読者の好奇心を刺激するような知的な冒険の軌跡として紹介していく。
新刊書籍のご案内
『教養としての量子コンピュータ』藤井啓祐 著
最前線研究者の知見を活かし、量子コンピュータについて余すことなく面白く伝える一冊！
2025年は「量子力学誕生100年」の記念の年だ。
そんな今、量子コンピュータが私たちの日常を変える日は、実はすぐそこまで迫っている。
だからこそ、量子コンピュータについて知ることには大きな意味がある。
単なる専門技術ではなく、これからの世界を理解し、自らの立場でどう関わるかを考えるための「新しい教養」を身につけよう。
橘玲氏（作家）
「私のような門外漢にも、すべてが変わることがよくわかった。楽しみでもあるし、怖くもある」
橋本幸士氏（京都大学教授）
「世界を研究で先導する藤井氏の情熱あふれる本書は、物質情報の世界をゲームを解くように教えてくれる。量子の研究は知的冒険だ！」
