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20世紀の名著名論:D. Deutsch : Quantum Theory The Church - Turing Principle and The Universal Quantum Computer

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Academic year: 2021

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(1)Prominent Books and Articles in the 20th Century. D. Deutsch : Quantum Theory, The Church-Turing Principle and The Universal Quantum Computer Proc. Roy. Soc. Lond. A400, 97(1985)  80 年前,量子力学は我々に新たな世界観をもたらした.. る.その頃 Bennett は, 「Information is Physical(情報. あらゆる物理現象は,見ていない時には相反する状態を. は物理的である) 」というスローガンを掲げた Landauer. 同時に実現しており,目に見える物理現象はそのほんの. とともに,計算の熱力学的な限界を追求していた.また. 一部に過ぎない.量子力学の誕生から 60 年後,英オック. MIT の Fredkin や Toffoli と,エネルギーの散逸のない. スフォード大学の物理学者 David Deutsch が,この見え. 可逆コンピュータの構築にも取り組んでいた.. ない多重状態を使う計算機である量子コンピュータを提.  1981 年,Deutsch は米テキサス大学で開かれたセミナ. 唱した.それがこの論文である.. ーで Bennett と出会った.その時初めて計算は物理的な.  今ある計算の道具はすべて,目に見える現象でデータ. 過程であると知り,同時に量子力学によって計算理論を. を表現している.指の形,ソロバン玉の位置,トランジ. 拡張できる可能性に気づいたという.. スタの電流などだ.この場合,一度に処理できる情報量.  一方で Richard Feynman も量子力学を使って計算を. N. は,素子数 N に対して入力可能な 2 個の入力値の中の. 拡張する量子シミュレーションの考え方を打ち出し,具. たった 1 つだけである.. 体的な方法を模索していた.Deutsch の論文はこうした.  量子コンピュータはこのカベを突破した.量子力学 N. 時代背景の中に出てきたのである.. 的に振る舞う素子を N 個連結すれば,2 個すべての入.  しかし 1985 年のこの論文では,Deutsch は量子コンピ. 力値をこの多重状態で表わすことができる.物理学用. ュータによる計算の高速化に成功していない.実際,こ. 語で言う「線形重ね合わせ」だ.この系を操作すれば. の論文には「計算の平均時間は減少しない」との誤った. N. 2 個のデータを一括処理でき,桁外れの膨大な平行計算. 証明が入っている.高速計算の可能性に最初に気づいた. が実現する.これが量子コンピュータの超高速計算を可. のは,数学者 Richard Jozsa である.彼は 1980 年代の後. 能にする,量子パラレリズムの原理である.. 半に Deutsch を訪ね,彼が作りつつある新たな量子計算. N.  ただし計算結果も 2 個の出力の線形重ね合わせにな. アルゴリズムが,計算量を決定的に減らすことを見抜い. るため,普通に読み出したのでは 1 つを残してすべて失. た.これは Deutsch を驚かせ,2 人は共同で最初の高速. われてしまう.これでは平行計算の意味がないので,あ. 計算アルゴリズムを完成し,1992 年に発表する.. らかじめ計算結果を干渉させ,目的に合った答えを抽出.  しかし,このアルゴリズムでも,実は量子力学的演算. するという離れ業が必要になる.論文は,量子コンピュ. を実行するためのゲート数が素子数 N に対して 2 で増. ータのこうした一連の計算操作を定式化し,量子コンピ. 加してしまう.このため一握りの理論家を除いて,ほと. ュータ研究の原点となった. . んど誰にも興味を持たれなかった.Peter Shor が因数分.  筆者の Deutsch は当時 32 歳.専門は量子重力理論だ. 解を多項式時間で解く有名なアルゴリズムを作り,量子. が,コンピュータ少年のはしりでもある.パソコンはま. コンピュータ研究が離陸するのは,その 2 年後である.. だなかったが,高校の時にはリレーを使った計算機を作.  量子コンピュータの父とも言える Deutsch だが,量子. り,大学では導入されたばかりのメインフレームで円周. コンピュータを実際に作ることには関心がない.彼にと. 率を計算して遊んだ.. って量子計算とは,量子力学を普遍的に記述する新たな.  趣味のコンピュータを本業の理論物理学と結びつける. 言語である.量子計算を使って物理学理論を書き直し,. きっかけを作ったのは,米 IBM の Charles Bennett であ. 新たな発展をもたらすことを目指して思索を重ねている.. N.            (平成 16 年 4 月 15 日受付). 山本喜久/ Stanford University,国立情報学研究所  古田 彩/日経サイエンス編集部         [email protected]. IPSJ Magazine Vol.45 No.6 June 2004. 645.

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