普通のｺﾝﾋﾟｭｰﾀ 量子 ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾐﾝｸﾞ 量子ｺﾝﾋﾟｭｰﾀ ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 記述 普通のｺﾝﾋﾟｭｰﾀ 量子 ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾐﾝｸﾞ 記述 実機 量子ｺﾝﾋﾟｭｰﾀ ① ② 量子プログラミング入門 ＃１ 量子コンピュータと量子プログラミング 2019.4.27 新海 春彦 １．量子コンピュータが脚光を浴びる理由 半導体技術の進展によってコンピュータの能力は飛躍的に向上しましたが、それでも、現在のコンピュータでは な解けない問題があります。その１つが組合せ問題です。 たとえば、有名な「巡回セールスマン問題」（セールスマンがすべての場所を巡回して出発地点に戻る組合せの 中で最短のルートを求める問題）では、巡回する場所の数が４箇所なら３×２×１で６通りですが、場所の数が増 えていくと計算対象は指数関数的に増えて行き、３０箇所なら、なんと 1 京×1 京通り以上の計算が必要となります。 「京コンピュータ」は１秒間に１京通りの計算ができますが、これを使っても８億年かかることになります。 現在のコンピュータは、１ビットで一度に０か１のいずれかしか表すことができません。 一方、量子コンピュータの量子ビットは、１ビットで、同時に０でも１でもある状態を表すことができます。 たとえば、０～３の４とおりの組合せを表すのに、現在のコンピュータでは２ビットでそれぞれ内容の異なる４種 類の情報（００ ０１ １０ １１）が必要ですが、量子コンピュータでは２量子ビット１組（●●）だけで済みます。 これにより、先ほどのセールスマン巡回問題３０箇所の例では、１京通りの計算１回だけで済むことになります。 つまり、京コンピュータと同じ能力の「量子コンピュータ」があれば、計算は１秒で終わることになります。 「巡回セールスマン問題」の解は、宅配便の配送ルートの決定に使えるなど、社会的に大きなメリットがあります。 また、化学では分子構造の解析（天文学的な組合せの数になる）などへの応用も期待されています。 ※計算の例は富士通の資料による。 ２．量子コンピュータの動向
2019 年１月に IBM が世界初の商用量子コンピュータ「IBM Q System One」を発表（個人が家からでも使える） これ以前（2011 年 5 月）から商用の量子コンピュータと称する「D-Wave」等がありましたがこれは量子コンピュー タの一部の機能（量子アニーリング）に特化して実現したもので、真の量子コンピュータではないと言われています。
●量子コンピュータの分類
・量子ゲート 量子コンピュータの全ての機能を利用可能 IBM Q System One など ・量子アニーリング 組合せに特化した量子コンピュータの一部の機能（ｲｼﾞﾝｸﾞﾓﾃﾞﾙ）を実現 D-Wave など ３．量子プログラミングの動向 最初の量子プログラミング言語 QCL は 1998 年に実 装されました。その後数多くの量子プログラミング言語が 誕生しましたが、プログラムの文法・記述方法は異なるも のの、機能はほぼ同じで、量子ゲート方式であればどれ も同じ量子回路図（右図の例参照）で表現できます。 また Microsoft が 2017 年 12 月に量子プログラミング言語 Q#を発表し、認識が一気に高まりました。現在は コンピュータ雑誌 InterFace2019 年 3 月号で「量子コンピュータ」の特集がなされるなど、一般にも広がっています。 ４．量子コンピュータと量子プログラミング 量子プログラミング言語は、量子コ ンピュータの実機に先んじて開発さ れたことからわかるように、普通の コンピュータで量子コンピュータを シミュレーションすることができます。 更に、量子回路図を介せば、 どの量子コンピュータでも、同じ記述で 動かすことができるので、普通のコンピュータ 上で量子プログラミングの勉強ができます。 （ただし、実行時間は長くかかります） ※次回 量子プログラミング入門 ＃２ RaspberryPi への QCL インストール＆QCL はじめの一歩
