欠点のない最強の暗号？
この欠点を克服したのが、1976年に数学者のホイットフィールド・ディフィーとマーティン・ヘルマンが開発した「公開鍵暗号」だ。
暗号化に使う鍵（公開鍵）と解読に使う鍵（秘密鍵）の二つを用意し、公開鍵は誰に知られても問題がないというものである。
メッセージを送りたい人は公開鍵を用いて暗号化し、解読には本人しか知らない秘密鍵を用いる。
鍵の開いた南京錠を公開鍵として送り、相手に南京錠を閉めて送り返してもらい、手元にある鍵で開封するという感じだ。
しかしこの仕組みを実現するには、「暗号化は簡単だが、秘密鍵がないと解読は非常に難しい」という一方向性を備えた関数が必要になる。
ここで利用されているのが素因数分解問題だ。
この問題には、二つの素数をかけてできた大きな整数（合成数）を素因数に分解するのは非常に難しいが、答えとなる素数がわかっていれば検証は簡単にできるという特徴がある。
この性質を利用したのが、現在のクレジットカード決済や銀行間取引などにも使われている「RSA暗号」である。
数学者リベスト（Rivest）、シャミア（Shamir）、エーデルマン（Adleman）の頭文字をとって名付けられたこの方式では、公開鍵として大きな合成数を使い、秘密鍵としてその素数を使う。
この一方向性を用いると、秘密鍵（素数）を知らない第三者は膨大な計算をしなければ元のメッセージを解読できない。
一方で、秘密鍵である素数を知っている受信者は容易に解読することができる。
スパコンでも解読できない
素因数分解問題の「答えを見つけることは難しいが、答えの候補が与えられたときは検証が容易にできる」という非対称性が活用されている。
素因数分解は、桁数が増えると計算が爆発的に難しくなることが知られているため充分大きな合成数を用いておけば解読される心配はない。
最近ではRSA暗号で使う整数の桁数は、617桁（2048ビット）以上が推奨されており、ここまで来ると天文学的な計算時間がかかり、スーパーコンピュータでも解読は難しい。
（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！」
