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。今回はコンピュータの性能と計算問題の難しさについて抜粋してお届けする。
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コンピュータの性能と問題の難しさ
コンピュータが計算するのに必要な時間は、どのようなハードウエアを使うかでも変わる。
1980年代に発売されたPC-9801の場合、1秒間に計算できる回数であるクロック周波数は5メガヘルツであり、現在のコンピュータが数ギガヘルツであることを考えると1000倍遅いことになる。
このように、使う機器の性能によって計算時間が大きく変わるため、実際にかかった時間だけを基に問題の難しさを評価することは難しい。
コンピュータの父の天才的発想
数学者でありコンピュータの父とも呼ばれるアラン・チューリングは、このようなハードウエアの性能にとらわれず、問題の複雑さを議論するために、「チューリングマシン」という仮想的なコンピュータを生み出した。
チューリングマシンとは、データを書き込むための「テープ」と、テープのデータを読み書きする「ヘッド」を持ち、それらを制御する仕組みから構成されたコンピュータのモデルである。
現在のコンピュータに当てはめると、テープは「メモリ」、ヘッドは「メモリへの読み書き機能」、制御部分は「中央演算装置（CPU）」に対応する。
計算複雑性の分野では、チューリングマシンのような仮想的なコンピュータを用いて、問題の難しさや、計算に必要な時間の増え方について考える。
具体的には、問題の大きさ（サイズ）をNとしたとき、その問題を解くのにかかる計算時間がNに対してどう変化するかという点に注目する。
こうした観点から、問題の複雑さや、それを計算する機械（コンピュータ）の能力について議論が行われるのだ。
マインクラフトも「チューリング完全」？
なお、チューリングマシンと同じレベルの計算ができる仕組みを持つ機械は、「チューリング完全」と呼ばれている。
たとえばトレーディングカードゲーム『マジック：ザ・ギャザリング』や、3Dブロックで構成された仮想世界を探索・開拓するゲーム『マインクラフト』などもチューリング完全であることが知られている。
つまり、これらのゲームは決められたルールのなかで複雑な構造物を作り、コンピュータを再現することができるということだ。
（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！」
