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。今回は藤井氏がストーリー形式で量子力学について執筆した特別原稿をお届けする。
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最先端技術に興味津々の中学生Q太郎くんは夏休みに、量子コンピュータの研究をする量子（りょうこ）先生に量子コンピュータについて教えてもらうことになりました。
しかし、そもそも量子コンピュータを理解するために必要な量子力学についてほとんど知らないことに気づきます。
ここでは、量子先生（以下、量子）とQ太郎くん（以下、Q太郎）との間の会話を通して量子力学についての理解を深めます。今回は「量子コンピュータは何がすごいのか」について学んでいきましょう。
量子力学って何がすごいの？
Q太郎：この前先生は「量子力学で説明のつかない現象はない」って言っていたよね？
量子力学がすごいってことはわかったんだけど、結局何に使えるってことなの？
量子：とてもいい質問だね！
いまでは量子力学は様々なテクノロジーに応用されているんだ。
Q太郎：あっ！ もしかしてその一つが量子コンピュータってこと？
量子：そう！ 量子力学がすごく不思議ってことは、その不思議を積極的に応用すれば、私たちができないと思っていることが可能になるかもってことでもあるの！
このような量子力学の応用は、量子技術って呼ばれてるんだ。
量子技術には、量子コンピュータ以外にも、量子センシングや量子通信などたくさんあるんだよ。
量子コンピュータが世界を変える
Q太郎：ふーん、不思議から応用へとどんどん科学技術は進んでいるということかあ。
じゃあ量子コンピュータは、この量子力学の原理で計算をするってこと？
量子：そこが気になるポイントだよね。
まず私たちが普段使っているコンピュータの仕組みはわかる？
Q太郎：実はよくわかってないです！
なんか0とか1とかどうとか……？
量子：お、少しだけ知ってそうだね。
普段使うコンピュータの中で、情報はビットと呼ばれる0と1の二つの状態で表現されているんだ。
そして、この0と1に対して掛け算や足し算を高速で行うことで複雑な計算をしているの。
Q太郎：0と1の二つの数字しか使ってないんだ！
すごく簡単な計算なんだね。量子コンピュータも0と1だけなの？
量子：実は、量子力学では確実に一つの状態に定まらない場合があるんだ。
0と1の可能性が重ね合わさった状態、つまり0か1かがまだ決まってない状態だね。
これは量子の世界の情報の最小単位として「量子ビット」と呼ばれてるよ。
Q太郎：0と1が重ね合わさった状態……？
じゃあ量子ビットを用いた計算ではどのように計算がされるの？
0か1か決まっていないのに、足し算や掛け算ってできるの？
量子：いい質問だね。
実は量子力学の計算のルールは、複素数でできたベクトルと行列でできているんだ。
ベクトルや行列は高校や大学で習うのでまだ難しいかな？
Q太郎：複素数やベクトルは聞いたことがあるような気がするけど、行列はわからないな。
ラーメン屋の行列じゃないよね？
量子：ふふ、そうだね。
行列は縦と横に数字が並んだものなんだ。
大学一年生の線形代数で詳しく習うと思うよ。
実は、量子力学は線形代数ですごくよく理解できるようになるんだ。
むしろ線形代数は量子力学のための言語といっても過言ではないかも！
こういった単純な足し算や掛け算とは違った量子力学という物理法則そのものを使って計算をするのが量子コンピュータなの。
Q太郎：そもそもコンピュータの計算ルールそのものを全く新しいものにしようとしているってこと？
量子：その通り！ よくわかったね！
物質の仕組みを理解するには量子力学が必要だって言ったけど、量子力学の原理で計算する量子コンピュータは、触媒や材料をシミュレーションするための計算を高速化できるって言われているんだ。
他にも、暗号と密接な関係にある素因数分解問題とか、AI、機械学習への応用なんかもすごく研究されているの。
最近では量子コンピュータのハードウエアの開発も進んでいて、どんどん世界が変わっていっているんだよ。
量子コンピュータについてもっと知りたいって思ってくれたなら、自由研究でポスターにまとめてみない？
Q太郎：やってみたいです！ 頑張るぞ～!!
（本連載は『教養としての量子コンピュータ』の著者による特別原稿です。）
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
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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。
西成活裕氏（東京大学教授）
「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！」
