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。今回はトンネル効果とノーベル物理学賞について抜粋してお届けする。
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壁を通り抜けられる？
突然だが、坂に向けてボールを転がすような状況を考えてみよう。
古典力学的には、ボールの運動エネルギーが坂を登り切るのに充分であれば、坂の頂上に達し向こう側に進むことができる。
一方で、ボールの速度が小さく、坂を登り切るのに充分なエネルギーを持たない場合は戻ってくることになる。
しかし、量子力学の世界では、粒子は波動関数として空間に広がって存在している。
このため、自分のエネルギーより高い障壁があったとしても、粒子の波動は障壁のなかを貫通し、障壁の向こう側まで波動が到達し、電子は障壁を越えることができる。
このような現象は「量子トンネル効果」と呼ばれている。
トンネルダイオードを発明した日本人
半導体のデバイスでは、このような状況を伝導体の間に薄い絶縁体を挿入することによって実現できる。
トランジスタの発明後、「これからはエレクトロニクス（電子を制御する）の時代になる」と考え、東京通信工業（現在のソニー）で半導体の研究をはじめたのが江崎玲於奈だ。
そして1956年に江崎は、絶縁体を通過して電子が流れるという量子トンネル効果をはじめて実証し、この効果を利用したデバイスである「トンネルダイオード（エサキダイオード）」を発明した。
彼は、同じく量子トンネル効果に関係するデバイスやその理論的な性質を予測した研究者たちとともに、1973年にノーベル物理学賞を受賞している。
ノーベル物理学賞がどんどんうまれる
これらのデバイスは、現在の量子技術にもつながる量子効果デバイスの元祖といってもよいだろう。
実際、1980年代には超伝導という多数の電子が集団的に運動する物質でできた電気回路においても、ジョン・クラーク、ミシェル・デボレー、そしてジョン・マルチネスらによって量子トンネル効果が観測された。
この発見は後に日本人研究者によって実現された、量子コンピュータの最も重要な部品「超伝導量子ビット」へとつながり、2025年のノーベル物理学賞は彼らに授与された。
デボレーは門下生を多数GoogleやIBMの量子コンピュータ開発チームに送り出している。
マルチネスは2014年にチームごとグーグルに移籍し、その後の量子コンピュータ研究を牽引することになる。
（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。
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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。
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「最先端の研究開発競争やビジネス現場も垣間見ることができる最高の入門書だ」
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！」
