量子コンピュータの可能性――量子テレポーテーションのパイオニア・古澤明氏に聞く：【再録】 ITmedia Virtual EXPO 2014 秋（2/5 ページ）
2014年9月30日に閉幕したITとモノづくりに関する日本最大級のバーチャル展示会「ITmedia Virtual EXPO 2014 秋」では、基調講演として、一部でノーベル賞候補として名前も挙がる量子力学の第一人者でもある東京大学の古澤明氏が登壇し、「量子コンピュータの可能性」について、最近の研究成果なども交えながら語った。この基調講演の模様を記事化した。
「量子もつれ」そのものが「量子コンピュータ」
EETJ 量子もつれはどのように量子コンピュータに利用できるのでしょうか。
古澤氏 量子もつれは、量子コンピュータそのものなのです。ある量子の測定の影響が、もつれている他の量子に及ぶということで、計算をしているのです。だから、それぞれの量子が“量子ゲート”になっていて、量子の測定の影響がパッパッと伝わっていくというものが計算、量子コンピュータそのものなのです。
EETJ その影響が伝わる速度は光より速いのですか。
古澤氏 もちろん、もつれの影響は、ある種、光のスピードを超えているところもあるかもしれないですけれど、実際の情報として存在するためには、最終的に通信をしなければならないので、通信自体は、光や電波のスピードを超えることはありません。それは、相対性理論で、情報伝達は光速を超えないという物理の基本原理があるので、それを超えることはないです。
半加算器は2ゲート
EETJ 量子通信は、なぜ大量にデータを送れるのですか。
古澤氏 大量にというよりも、なぜ、量子コンピュータは速いのかで考えると、量子ゲートの数が圧倒的に少ないからなのです。
計算のスピードは何で変わるかというと、ゲート数ですね。ある演算をするのに、ANDとかORとかいった論理ゲートが何個必要かということで演算のスピードが決まるわけです。このことは、量子コンピュータであろうが、古典コンピュータであろうが、一緒です。
ゲート間の通信はもちろん、古典的な通信を行うわけで、光のスピードを超えないということは普通のコンピュータ（古典コンピュータ）と同じです。ですから、その違いは、ゲート数であり、量子コンピュータのゲート数は、指数関数的に少ないのです。
端的に言えば、「Half adder」（半加算器）という1ビットの足し算の回路がありますが、これを論理回路、「AND」とか「OR」で作ろうとすると、7ゲート必要になります。量子コンピュータの場合は2ゲートで大丈夫です。
計算というのは、Half adderのような回路の固まりですね。それが何万回どころか、何億回繰り返されるわけです。それが、量子コンピュータの場合、2/7で済むわけです。ですから2/7の何万、何億乗という桁で（計算速度が）変わってくるわけです。
もっと言えば、量子力学では「重ね合わせ」の状態も使えます。古典コンピュータの場合は「0か1」ですが、量子コンピュータの場合「0と1」という重ね合わせの状態ができるので、それを何ビットも使えば、2の冪乗（べきじょう、累乗）で効いてくるわけです。それだけ、大きく一気に計算ができるので、そこも高速な理由ですね。
ですので、整理すると、量子コンピュータが高速な理由は、2つあって、「重ね合わせの並列化ができる」のと同時に、「ゲート数が少ない」ので、圧倒的に速くなるわけです。
EETJ 量子もつれの影響はどんなに距離が離れていても及ぶのですか。
古澤氏 外から相互作用がない限り、無限に離れていてもその影響は及びます。宇宙の端から端に離れていても大丈夫で、距離は関係ありません。
「完全な量子テレポーテーション」
EETJ どんなに距離が離れていても影響が及ぶ「量子もつれ」を利用した「量子テレポーテーション」として、2013年に「完全な量子テレポーテーション」を実証されましたが、どのようなものですか。
古澤氏 テレポーテーションの実験そのものは、十何年も前からいろいろな人たちがやっていまして、大きな流れとして2つのやり方がありました。量子というのは、波動性と粒子性という2つがあり、粒子性に着目したテレポーテーションと波動性に着目したテレポーテーションの2つでそれぞれ、十何年前から行われていました。
そして2つの方法それぞれ欠点がありました。粒子の場合、効率が低いという欠点がありました。一方で、波動の場合は、成功のフィデリティー（忠実度）があまり上がらないという問題がありました。
われわれの「完全な量子テレポーテーション」というのは、粒子性/波動性テレポーテーションの両方の良いところをとって、効率が高くて、フィデリティーも高い量子テレポーテーションを世界で初めて成功させたということになります。
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