【IT】〈解説〉量子コンピューターとは何か？ニュースを読む前に押さえたい基礎知識［02/21］
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超強力なスーパーコンピューターの処理能力をはるかに凌ぎ、産業界全体に変革をもたらす可能性があるとして、量子コンピューターの研究・開発に多額の資金が投入されている。日々報じられる関連ニュースを読み解くために押さえておきたい基礎知識を説明する。
子コンピューターは、ほとんど神秘的といえる量子力学の現象を利用して、処理能力を飛躍的に向上させる。現在、そして将来のもっとも高性能なスーパー・コンピューターの処理能力さえもはるかに凌ぐことが期待されている。
量子コンピューターは従来のコンピューター（古典的コンピューター）を完全に置き換えるものではない。古典的コンピューターは今後も、ほとんどの問題に対処するためのもっとも簡単で経済的な解決策として使われ続けるだろう。だが、量子コンピューターは、材料科学から医薬品研究に至るまで、さまざまな分野に胸躍る進歩をもたらすことが期待されている。すでに、量子コンピューターを用いて、電気自動車用のより軽く強力な電池を開発しようとしたり、新薬開発に役立てたりしようとしている企業もある。
量子コンピューターが持つ力の秘密は、量子ビット（キュービット）を生成し、操作する能力にある。
■「キュービット」とは何か？
現在のコンピューターは、1か0を表す一連の電気パルスまたは光パルスであるビットを用いて演算をする。ツイッターのツイートからメール、iTunesの楽曲、YouTubeの動画に至るまで、さまざまなものが本質的にはこの2進数の長い文字列でできている。
一方、量子コンピューターは演算の単位として通常、電子や光子といった素粒子である「キュービット」を用いる。キュービットを生成し、操作することは科学的・工学的に困難な課題となっている。IBM、グーグル、リゲッティ・コンピューティング（Rigetti Computing）といったいくつかの企業は、深宇宙よりも低温に冷却された超伝導回路を用いている。イオンQ（IonQ）などの他の企業は、超高真空チャンバー内のシリコンチップ上の電磁場に個々の原子を閉じ込める手法を用いている。どちらの場合も、制御された量子状態にあるキュービットを、外部環境から隔絶することを目指している。
キュービットは、いくつかの奇妙な量子的性質を持つ。その結果、相互につながった一連のキュービットは、同数のバイナリー・ビットよりはるかに強力な処理能力を持つことになる。キュービットの不可思議な量子的性質には、「重ね合わせ」として知られる性質や「量子もつれ」と呼ばれる性質がある。
■「重ね合わせ」とは何か？
キュービットは、1と0の数多くの取り得る組み合わせを同時に表せる。このような、同時に複数の状態で存在できる能力を「重ね合わせ」と呼ぶ。研究者は、精密レーザーやマイクロ波ビームを用いてキュービットを操作し、キュービットを重ね合わせ状態にする。
直感に反するこの現象により、重ね合わせ状態にあるいくつかのキュービットを備えた量子コンピューターは、膨大な数の起こり得る結果を同時に並列して処理できる。最終的な計算結果は、キュービットを測定して初めて得られる。測定するとキュービットの量子状態は直ちに1または0に「崩壊」する。
https://cdn.technologyreview.jp/wp-content/uploads/sites/2/2019/02/18140458/062118rigetti0584finalsquare-cropped.jpg
https://www.technologyreview.jp/s/127139/explainer-what-is-a-quantum-computer/
続く） >>96
そもそも同じところから出てきた素粒子や原子のペアがそうなる。
なので関係ないところであずかり知らぬエンタングルメントは発生しない。
そこだけ覚えても意味ないから教養書でも読め。 経路積分は無限並列を仮定しいてるけどプランク長ぐらいの領域では経路有限になっちゃうんじゃないかね。
アニーリングタイプならスケールアップしやすいとは思うけどQbitは設備のサイズにたいする限界があるんじゃないかな >>79
アナログの演算なんてそれこそ半導体で出来るぞ
デジタル演算は半導体をスイッチング素子として演算したもの
アナログ演算は半導体を増幅素子として演算したもの
演算増幅器ぐらい聞いたことあるだろ？ 時々、テレビでやってるあれ？
マグロ一本釣りするんだろ。 ハードウェアはともかく
ソフトウェア的には
メモリ容量にものを言わせた
計算の予測変換候補の羅列で行けそう
それが早いかどうかは知らん 解説しても理解できない人がほとんど
解説の意味ない 量子コンピュータがスパコンと置き換わる存在になれなければ
そもそも開発に資本をつぎ込む意味はない それが資本主義
むかし東大の地震学の権威が
地震は将来必ず予知できると言っていたが
量子コンピュータの未来はそんなとこ
地震は予知できないと証明はできないし
量子コンピューターは実用化できないとも証明はできない RSA暗号が解読されるから各国とも必死で開発してるんだよな。
でもハードウェアの部分が難しいのだろう。実現はまだ当分先のことなんでは？ >>96
3粒子でもできるらしい
その場合は3粒子だと事前に分かっているので騙されることは無い >>99
出口からネズミが出て来たら入口と出口はつながってるという結論が出せるだけだよ
量子コンピューターでは経路まではわからない
せいぜい出て来るまでの時間によって経路長は推定できるが
その結論を出すのに従来のpcだと時間は掛かるけど経路もわかる >>99
粘菌の迷路探索は、増殖して行うわけではない。
（多核）単細胞内で、細胞内にできる栄養分の輸送経路が最短経路に
収束する事で迷路探索を行っている。 量子ってなんだか知らないけどさ
アインシュタインはどうやって量子を観察したの？ >>88
このくらいの文系学部の一般教養程度の知識がないと
量子コンピュータの雑談はできないよね >>107
並列化したって結局リニアだし、集約しなくちゃだし 例え話にある
2次元の人間が3次元を説明するのに
平面に立体図法で描いて「3次元とはおそらくこのような物です」って説明する
そして「この次元には体積があり、それはこのような式で現わされます」
正四面体の体積を求める式が示される 会場はその深遠な概念にざわつく
つまり、これが現代物理学における量子力学の現実 ああ、 ダダダダ、ダダダダ、 赤ちゃん赤ちゃん、 ダダダダ、ダダダダ （4回繰り返す） うーん、ダダダダ、ダダダダ、赤ちゃん、赤ちゃん、ダダダダダ、ダダダダ（x 4を繰り返す）
（赤ちゃん、赤ちゃん、赤ちゃんx 4）
ええ！ （うーん、ええ）（これは私が転がす方法です...）
（Y'allは私がここで正しく感じますか？）
大量破壊！
うん、ダダダダ、ダダダダ、ベイビー、ベイビー、ダダダダダ、ダダダダ（4回繰り返し）
恐怖の目覚め、怒りの大声、顔の現実 うーん、ダダダダ、ダダダダ、赤ちゃん、赤ちゃん、ダダダダダ、ダダダダ（x 4を繰り返す）
（赤ちゃん、赤ちゃん、赤ちゃんx 4）
ええ！ （うーん、ええ）（これは私が転がす方法です...）
（Y'allは私がここで正しく感じますか？）
大量破壊！
うん、ダダダダ、ダダダダ、ベイビー、ベイビー、ダダダダダ、ダダダダ（4回繰り返し）
恐怖の目覚め、怒りの大声、顔の現実 >>120
その例え話のオリジナルの意図は知らん。
けど、二次元の人に立体図はわからんはず。
それは立体の世界で生きてる俺らだからわかる話だよ。
でも、ほかに二次元人に何となくではあるけど、立体の要素を伝えることはできる。
二次元にして教えればいいから。
例えば立体表面を示し、これらの端と端が繋がってると言う言い方もある。
例えば投影図法、メルカトル図法などで描かれる球表面。
例えば方形なら面ごとの図。
また、中身の形状まで見せるには、時間成分を高さに取り、断面として見せればいい。
射影とも言われる手法だよ。
こちらは直感的には理解しづらいけど、静的な、つまり変形しない立体形状であればほぼ完全な情報として二次元に表すことができる。
同様に四次元五次元も、俺らは部分的な、または時間や他の成分を使いつつの完全な像を作ることが出来る。
量子力学は、寧ろ四次元以上の座標があるのも前提となる仮説の一つ。
様々な仮説を組み合わせ検証し、一般化していく過程にあるから、理解できないような深遠な概念に驚いてる場合じゃない。 >>113
複数のパターンマッチ（迷路の経路）の最適解らしいものを求められるが、
本当にそれが最適なのかは確認が取れない。経路もわかる 量子アニーリングなどというマジモンの量子コンピュータと等価かさえわからんものに巨額の金をつぎ込まないで これ関係も中華絡みの何かで興味無くなったなあ
とりあえずまあ頑張ってほしい 量子力学を解明したらこの世のデバッグルームに自由に出入りできるようになりそう >>127
マジモンがまだまだ現実的でないから
経過的にチャレンジするのもアリではないかい 人工知能っていうのも実際名前詐欺かなって思ってる
どこまでを知能と定義するかにもよるけど
昆虫レベルのものを知能と呼ぶならできると思う
昆虫だって物凄い高性能だけどね
人間よりもすごいのではと思う部分もあったりする
人間と同じようにっていうのは、自分が人間であるっていうのもあるけど無理
コンピュータには無から有を生むことはできない
そう見せかけるための情報をあらかじめ与えておく必要があるから疑似知能
現在ある人工関節とか人工肛門とか、これが？？っていうものをそう呼ぶのならいいけど
実物と比べても明らかに違いがあるのは誰が見ても分かる、生命体がもともと
持ってる機能には到底及ばない
夢は広がるしあきらめてはいけないと思うけども、
期待と誇大広告が先行しすぎな感はある >>132
あまりにも語ってなさすぎてさみしいから無理だった 量子コンピュータって予算化のためだけの言葉
実体は無い >>135
すまないね
既に昆虫と人間を比較対象にして出して定義しているんだけど
難しかったかな？
まさか人間と昆虫を知らないわけではないよね
どうせならもっと知らない知識を与えてくれ
じゃあって何に対してのじゃあなんだ？？
脳内完結がすごすぎる >>137
人工知能という定義された言葉の意味を知らずか拒否するかして、知能と言う言葉を用いるならという話し。
比較は定義にならないよ。
比較すると言っても薄ぼんやりな話じゃん。
人や昆虫の何処に知能を見出し、更に「あなたなりの」人工知能を定義するならどうなれば知能と言えるのかということ。
いまの人工知能という言葉の意味と実装を知って否定するのなら、それを定義すべきだと俺は思うよ。 ここ量子コンピュータに関するスレだから人工知能とは一切関係無いんだが >>138
ほう
人間と昆虫の知能を理解するのには薄ぼんやりで充分理解できると思うけど
まさか知能は一緒です、とか言わないよね？
違いがあるのはわかる、それが分かってくれれば充分なんだけど
それを正確に誰もが納得できるような定義があなたには出来ると？
すごく長くなりそうなんだけど大丈夫かな
人工で作ったものは、自然界に存在する我々人間の持つ機能には到底及ばない
同じものを想像させるような、さも人間と同等になるような広告が目立つ
コンピュータには、人間が勝てない部分がある
人間には、コンピュータが勝てない部分がある
ちなみにせめてファーブル昆虫記くらい読めば、人間と明らかに違うのはわかる
アリひとつ取ってみても違いはあるが、その行動原理はどこから？？って
思わせるような驚異的な行動もあるし面白いよ >>139
その通りだ
ただ、生体機能としての脳、というものの謎を解き明かすには
量子の世界も充分関係してくると思う
現在のところ、電子を信号として~というような話だしね
という言い訳をしてみる、すまなかった >>141
んなこと言ったら「量子の世界」なんて
全てに通じてるんですけど
科学板ではなくオカルト板が向いてると思うよ これだけ説明したんだから信じなさいってレベル、理解するとは違う次元。 >>142
そうだねすべての世界に通じてる
そしてオカルトじみた話でもある
アインシュタインはそれを認められず言ったと思う
神はサイコロを振らないと
私も最初はそんなことがありえるのかと思ったけどね
もっと驚いたのはそれが数十年も前にすでに出てた話だったという事 量子力学なんて、ニュートン力学と電磁力学で十分に近似できているから、
普段は意識する必要ない。 量子論に興味があるから分かるけど
知らない人はヤングの実験見ろってなるかね
エラーの話だど超電導とかも知っといた方がいいのか バイオテクノロジーで脳を再生／培養するって研究はどこまで進んでいるんだろうね。 量子力学とか
まあなんかわからん振る舞いするけど
近似や関数 やってみたら、うまくいったーー！
ってノリでやる学問じゃないの？ 論理的には書いてあるが
IQ学年トップの俺が記事だけでは理解できなかった
こういうのは本を読むかググって勉強するしかない キュービットってのは今のコンピュータ言語的に言う集合型
それも無限要素、元の数無限!(ノイズに埋もれなければ、だけど)利用可能って事だ
で、重ね合わせでの演算って奴は
比較演算等での要素絞り混みとかもループ展開無し!で一発演算出来る!って事だ
その手の演算をやる問題なら、めっちゃ速くなる >>151
量子化してるんだから近似じゃないだろ
まったく…科学でなく日本語レベルからもう… 量子コンピュータが最初に偉業ともいえるアルゴリズムを示し、
その方法が超越しているからこそ、すばらしい存在だった、
なにが？
簡単である、情報処理をする計算をせずに答えを出すからだ
情報を伝達する仕組みを利用しないということ、つまりカラクリという過程の
歯車的な機構の物理現象の過程が無いということだ、
無いということは演算時間は０秒、すなわり量子ゲート演算にかかる時間は０であり
速度でいえば無限速度である。 これこそ量子計算原理が従来を超越している以外の何ものでもない。
これを可能にしたのが量子もつれ＝量子エンタングル、粒子の世界や電子やエネルギーや
伝達の世界を一切無視した量子原理そのものが計算となる場合の原理である。
何がいいたいかといえば、それ以外の伝達やら仕組みやら過程がある計算は
従来の情報処理の延長であっても偉業やら超越した計算原理ではないということだ。
量子計算の欠点は「因数分解」とそれに類似する計算以外は0秒でできないということ。
計算に時間がかかるのは与えるパラメータや計算が正しいと判断するまでの検証時間である >>1のソースの方が、イラストを使っているから分かりやすいよ。
今のcomputerは0と1を使って文字を表したり画像を表したり計算したりしているじゃん。演算処理ていうんだけど。
その1とか0とかは物理的な素子を使って発生させている。しかも1桁に対して1個の素子が必要。これが1bitという単位。
なので
・演算処理を速くしたい→素子増える→回路自体がでかくなる→距離が離れるから演算が遅くなる→ミクロな技術で回路を小さくしたり、導電率を高くしたり(素子間の情報の受け渡しを速くする)、演算をスマートにしたり(ソウトウェアを最適化)で頑張る
という感じで限界のところをせめぎあってる
量子コンピューターは
・quantum supremacy(重ね合わせ)
1つの単位量(量子コンピューターでは「キュービット」と呼ぶ)にめっちゃ多くの0100…を詰め込むことができる
・quantum entangle(量子もつれ)
ペアのキュービットを作ることができて、一方の挙動をもう一方のキュービットで知ることができる=回路の距離的な問題の解消
…といった「量子的特性」を使って、演算処理をめっさ速くできる。
あともう「0か1か」じゃなくて、何%0で何%1、とか新しい情報の表現方法を使ってる。(だから量子コンピューターは説明しにくい)
いま困っているのは、キュービットはからだの弱い子なので、外からの影響で「量子的特性」を失いやすいこと。
デコヒーレンスdecoherenceていうんだけど。 こんな簡単なことも理解できないのか
大学教授でたったのIQ140しかないそうだ
科学版出入りするからには160は欲しいところだよな >>153
この手の記事で理解困難なのは、読み手に理解のための基礎知識が不足してるか、
記事の書き手が理解できてないまま「用語」を羅列して書いてるケースが多い
本人が理解してない事柄を、対象を知らない人に伝えるのは、先ず無理
知識不足の記者に担当させてる上も馬鹿なんだけどね シュレディンガーの猫は解決したの？
量子論の現代における利用として、デジカメ？を例にしてる本を見たことがあるけど、その原理はいまだによくわかってないんだろ？
なぜわからないのに、使えるっ！と感じることができたんだろう。最初の人はエロいな >>163
原理の根本はわかっていない。
けど、素粒子ごとにどのような役割があってどう応用できるかは判っている。
シュレディンガーの猫は、観測しない間にどうなってるかは判らない、という、
当たり前だけど、それまでの決定論的な科学の見方への反論みたいな話と
思えばいい。
それまでは、ああなればこうなる、こうなった後ああすればこうなる。その都度
ごとの状態ってのは明瞭に判ってしかるべきという考え方だった。様々なプロ
セスを経た最後の結果しか判らないというような現象はそもそも解明できて
いないのだと。
それを観測によって現象がひっくり返ってしまうレベルの微小な世界、かつ、
時間や因果律すら旧来の科学とルールが違うかもしれない世界を理解する
のに、そこで否定してもしょうがないということ。
いまは、その経過が観測できない素粒子の振る舞いを、工学的に数秒保存・
加工して、これまでのコンピュータの演算ではできない計算をする量子コン
ピューターを現実的に作っている状態だよ。作るのが難しいのはそうだけど、
いままで解明されている原理でできないことはない。 >>163
「シュレーディンガーの猫」は量子の特徴の1つ(観測するまでは不確定だけど、観測したら決まってしまう)を説明するため身近なものを使った例え話であって、解決しなければならないものではないよ。
例えば、水は他の物質と違って凍らせると体積が増えるじゃん。今では分子構造や分子間の挙動、力学が明らかになって原理が明らかになっているけれど、原理が解らない時代から観測されていた事実だし、水の膨張を利用して石を割ったりと利用はしていたじゃない。それと同じ。 ドヤ顔で長文書いてる奴もシュレディンガーの猫の話曲解してるからウケる
重ね合わせを説明したものではなく重ね合わせの矛盾を説明したものでしょ 猫が好きな人はボース＝アインシュタイン凝縮も調べるといいよ
ミクロレベルでしか成立しないと思われてた現象が肉眼でも見える
マクロ的にも成立してる例 シュレ猫は現実にはないと誤解している人が稀にいる。
現実に起きているから、生活実感との乖離をどう説明する？
というパラドックスだよ。
観測結果が光よりも早く伝わってしまうという反論に対しても、
その通り、光より早く伝わると応答して決着。
ホイーラーの思考実験(遅延選択実験)では今の観測行為が
過去に影響を与えたかのように見える現象が起きている。
こちらもシュレ猫同様意見が割れている。 光や電子が粒子だけでなく波としての性質も持っている事は、
二重スリット実験で文句のつけようが無いレベルで可視化されている。
できればシュレーディンガーの猫も、何らかの方法で可視化してもらいたい。 ゼノンのパラドックスと同じような話じゃないの。
極限とゼロが違うのはいまは誰でも知ってるけど、
当時はゼロを許容する数学がなかったから、極限
まで考えるに至ってもなお、アキレスが亀を跨ぐ
ゼロ点を軸に考えることができなかった。
順序があるから何か状況を越える閾を考えられない
って人が多い。つまり、人が分かりやすい順序以外の
ルールで世の中動いてる面もあるって飲み込めない
人がまだまだ多いってことじゃないのかな。
ゼノンのパラドックスが視点変えればパラドックスでも
のんでもなくなるように、研究が進むにつれて
分かりやすい視点や言葉も出てくると思うけどな。 シュレーディンガーさんは猫に喩えるなんて暴挙になぜ及んだの？ 外部から観察不能なほど密閉された箱に猫閉じ込めたら
窒息死してるよ 量子なんていう極小世界の中だけなら不確定原理なんてものがあるとしても良しするかと無理に納得しようとするはいいけど、
それ言うたら量子の不確定な振る舞いが箱の中の猫という身近な現実世界の生死と直接連動する装置を作ったなら、この現実世界も量子の不確定性に連動して支配されてることになってしまうんやでという逆説 根本的に観測ってどういうことかちゃんと理解してない人が多いからメチャクチャなのがネットde量子
ドヤ顔でマウント取ってるバカも大抵理解してないイメージ >>179
バカでもわかるようにマウント取ってみて
俺はアインシュタインの孫だ、みたいに 奇想天外ではあるけど考え方自体は単純だからどこで
知ろうが変わらないよ 少なくとも、
・量子(光子でも電子でも原子でもいいが)使った実装
・高速処理できる６０種類のアルゴリズムの例
くらいは記事に書いとけよ シュレーディンガーなんか考えなくていいよ
二重性があるで理解できないなら論理的な思考はもう諦めろ ハードウェア化が難しいのが問題だろう。
それと量子計算のアルゴリズムの研究がまだほとんど手つかず。
完成したとしても現在のコンピュータみたいな万能のものじゃなくて用途が限られる。
結局はアニーリング型と同じ最適化計算向きだろうなぁ。 とりあえず論理ゲートはハードで作れるんだから、スパコンの１０分の１の速度でいいから現行PCノイマン型をエミュレートした量子コンピュータを出せよ
それをクラウドでつないで無料開放すれば、非力PCの外部委託演算に役立つだろう >>185
できる演算はほぼ決まっているし、それ用のプログラム言語も
出揃っててどれも仕様上横並びというところまで来ているよ。
IBMがエミュレーションで一通り動く環境出してるから触って
みなよ。
>>186
ノイマン型をエミュしても遅いよ。大体メモリ幅もまだまだ
普通の計算にも足りない状態なんだから。想像じゃなく使って
みようよ。何も知らないでおかしな決めつけを確信的に考えて
いるのはおかしいでしょ。頭いいつもりで書いてるんだろうし。 丸山爺いが数万もとって情弱集めるビジネス乗れって？ 特定の計算しか出来ない専用ハードでしょ
コンピュータいうと違和感あるわ >>191
コンピュータってのは計算機って意味だよ。
計算係/計算手って意味もある。 波動関数の重ね合わせ状態を使って、多くの平行する状態を一度に並列に計算が
できるというのが、量子波動コンピュータが古典コンピュータと大いにことなる
点であろう。量子超越性というのにみんなが期待している。
しかし、古典コンピュータでも、電力消費を削減するために、論理デバイスを
量子効果を使って作るというアプローチが考えられるのだ。これは最初から
最後まで量子波動関数を保ちながら計算するのはやめて、小さいステップの
中では波動関数の性質が使われているかもしれないが、ステップ単位では
一種の観測に相当することが起こっていて、論理値を確定しながら計算を
するという意味では、普通の古典コンピュータになる。
利点は、量子現象が従来のトランジスターのような熱拡散や
マクロな量の電子の流れのように多くのエネルギーを必要としないために
使われるということ。もちろんノイズに対する耐性がやはり鍵となる。 >>7
古典コンピュータ→1、2
量子コンピュータ→(│)→だから速い
アホな一般人にはこれくらい簡単にしないとわからんという事だな 足し算はできないけど方程式は解けるみたいな感じかな？ 憲法順守の政治行為を境界条件にした発言がほしいね。駆け引き途中だの、問題があるだのだけではなく。
量子計算に期待するのはそういうところもあるで。ブラックホールをちらつかせるのが政治権力の醍醐味などとくるなら、ブラックホールに立脚した政治だ。
政治家への皮肉批判であるのだが。 政治やエグゼキュティブの混乱とは、要は一部関係者への愚弄だしね。 これが愚劣な輩の卑劣なデリバティブな思惑を発生させ…。 実は複雑怪奇すぎて
今のところ誰も作れない
作るための計算も追いつかない
初歩のシミュレータは作れても
実動できて完璧に役に立たつものは
あと数十年は無理
出来ない可能性もある ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
