Đại khái sắp tới là thời đại mới của máy tính (computer), đó là máy tính lượng tử (QC = quantum computer).
Máy tính chúng ta đang dùng là thế hệ máy tính cũ, sẽ dần được thay thế bằng máy tính lượng tử.
Thế hệ máy tính mới được kì vọng là sẽ mang đến tiến bộ vượt bậc về kĩ thuật và công nghệ nói riêng và cuộc sống của nhân loại nói chung. Chi tiết hơn về QC, đọc tư liệu Bổ sung số 1 ở entry này trên Giao Blog (đọc bên dưới).
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 Biểu đồ ví dụ về sự khác nhau giữa máy tính hiện nay và QC (nguồn ở Bổ sung 1) |
Tạm thời, như biểu đồ ví dụ ở trên, ta hiểu là tốc độ tính toán của QC rất nhanh, gấp nhiều lần so với máy tính cũ. Điểm chung là đều sử dụng 0 và 1 là ngôn ngữ máy tính, nhưng nếu máy tính thông thường phải tính rời rạc 4 phép tính trong quan hệ giữa cặp 0 và 1, còn QC thì cùng một lúc tính toán được cả 4 phép tính đó.
Ngày hôm nay, 28/7/2025, Đại học Osaka (Nhật Bản) đã công bố là cho chạy thành công QC nội địa đầu tiên - các bộ phận chủ yếu và phần mềm được sản xuất trong nước. Sau đây, Đại học Osaka tiếp tục nâng cấp để ra sản phẩm tối ưu theo kế hoạch vào năm 2026.
Nguyên chú: 大阪大で稼働した量子コンピューター。手前は特殊な冷凍機＝28日午後、大阪府豊中市
NHK thì dùng chữ "máy tính lượng tử thuần quốc sản", tức cũng được hiểu là "thuần Nhật Bản" (thuần quốc nội Nhật Bản)! Các tin này được dán ở bên dưới.
Tháng 7 năm 2025,
Giao Blog
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主要部分を国産化した量子コンピューター稼働 国内製造可能に、大阪大
大阪大などは28日、主要な機器やソフトを国産化した量子コンピューターを稼働させたと発表した。超低温が必要となる「超電導」を発生させる特殊な冷凍機などの国産化に成功、量子コンピューターの開発から製造まで国内で担えるようになったといい、阪大によると日本初という。激しい国際競争の中で、実用化や量産化が期待される。
開発には阪大や神奈川県茅ケ崎市の極低温機器メーカーが携わった。計算能力を示す「量子ビット」は28個で稼働し性能はまだ初期段階だが、来年までには144個に拡張する予定だ。量子コンピューターは「量子」と呼ばれる極めて小さな物質の性質を利用する計算機。量子の重ね合わせという特殊な現象を活用することで、高速で計算ができ、新材料の開発や機械学習の分野が得意とされる。複数のタイプがあるが、今回のものは、極めて低温の状態で電気抵抗がなくなる超電導を利用した方式だ。
根来誠・阪大教授（量子情報）は「計算能力の向上に伴い、部品の小型化が必要になる。日本の企業と協力しながら進めていきたい」と話した。
https://www.sankei.com/article/20250728-SVT5ODHIF5N25LZNKY6CRO3AGY/
https://www3.nhk.or.jp/news/html/20250728/k10014877061000.html?fbclid=IwY2xjawL0U_ZleHRuA2FlbQIxMQABHiyqNVn0TS86GYtA_XccDCCykV9hqKcImOqmm-qgXTqRxP2mSBGlTHCs_66N_aem_3yCttSA9UZVYmkW-BcHSQA
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BỔ SUNG
2. Bản cập nhật 2022
会員限定2022/11/08 掲載
量子コンピューターとは何かをわかりやすく図解、何がすごい？仕組みは？従来と何が違う？
量子コンピューターとは？なぜ“夢の計算機”なのか
これまでコンピューターの性能を引き上げてきたのは、基本的には半導体技術の進歩だ。半導体の回路を小型化し、たとえばk分の1に細かくすると動作速度がk倍あがり、回路の集積度はkの2乗になり、消費電力がk分の1に下がるという具合に進んできた。開発メーカーはチップ上の論理ゲートの数をいかに増やし、高速化、高機能化、大容量化、低価格化するかでしのぎを削ってきた。もちろんアルゴリズムの進化という面もある。さらには、ディープラーニング＋GPUといった機械学習技術の登場によってコンピューターの性能は大きく向上し、"できること"を格段に広げている。
ただ、コンピューターの根本の動作原理自体は変わらない。現在のコンピューターは電圧の高低で「0」と「1」による2ビットを表し、ビットで論理演算（論理演算を行う電子回路を「論理ゲート」という）を行う。どんなプログラムも最終的にはビットの演算処理で実行される。
その仕組みが変わらない以上、「コンピューターをより高性能にする」というのは、上述したように（論理ゲートの数を増やし回路を小型化する、などにより）チップ上の回路の集積度を上げて計算処理スピードを得る、ということになる。
しかし、集積率の向上にはいずれ物理的限界が来る。また、従来のコンピューターでは計算できない、「組み合わせ爆発」現象を起こしてしまう最適化問題も存在している。こうした、いまだ解析しきれていない事象を扱うため、スーパーコンピューターを含め、次世代コンピューティングの研究開発が行われている。
量子コンピューターもその1つ。従来のコンピューターとは異なる動作原理で「計算するプロセス」を実現しようというもので、「重ね合わせ」や「量子もつれ（エンタングルメント）」といった量子力学的な振る舞いを使って計算を行うシステムだ。特に注目が続く理由は、実用化されれば革新的な性能が得られるという期待感にある。
量子コンピューターが話題になり始めた頃よく言われていたのが、ICT技術のさまざまな場面で使われているRSA暗号を解いてしまうという脅威論だ。それくらいの進化が起こる可能性が量子コンピューターにはあるということになる。
商用の量子コンピューターが登場している今、その話はどうなのかというと、まだ技術的にそこまでの性能に至っていないため、すぐにでもRSA暗号が破られてしまうという状況ではないというところだ。そのあたりも含めて、本稿では量子コンピューターの基礎とその可能性を見ていこう。
▼この記事の内容を3分の動画・音声でまとめています▼
量子コンピューターの原理となる量子の「振る舞い」
ミクロのスケールでの物質の振る舞いには、私たちが知覚できる世界の認識とはまるで違う、次の2つの特徴がある。・1つのものが同時に複数の場所に存在する（状態の共存）
マクロな物体の運動は、いわゆるニュートン力学を基本とする古典的な物理法則を使った計算でも、量子論を用いた計算でも同じ結果になるという。ただ、原子以下の大きさ、電子や分子のサイズ（約1000万分の1mm）となると、量子力学で考えないと説明できない現象が現れる。それが、量子の振る舞い、量子の性質のとらえにくさ、マニピュレートのしにくさにつながっている。
ここで、量子コンピューターの原理となる量子の「振る舞い」について見ておこう。ただ、あくまで量子コンピューターに使われる（とされている）特徴ということで、量子論としての解説ではないので、その部分はご了承いただきたい。
まず量子の持つ特徴として「状態の共存」があることは先に述べた。1つのものが同時に複数の場所に存在する、複数の状態を持ちうる。この「重ね合わせ状態（共存した状態）」を使ってビット（量子ビット）を表現するのだ。
たとえば、粒子の持つ物理量の1つである「スピン（≒自転）」を使って、ある電子の右回りのスピンを「0」、左回りのスピンを「1」としたとき、重ね合わせ状態にある電子はこの「0」と「1」を同時に持つことができる。こうした電子を2つ用いて、「00」「01」「11」「10」を表現できるということになる。
もう1つ重要なのが「量子もつれ（エンタングルメント、量子からみ）」と呼ばれる、量子の特徴だ。量子もつれの状態にある2つの電子があるとき、一方の電子において右回りのスピンが“観測”された場合にもう一方は左回りのスピンが確定する。つまり、1つが右（左）回りであるとき、もう1つは左（右）回りである、という状態が量子もつれだ。量子もつれの状態にある2つの電子は、このようにスピンの値を打ち消し合う。
これが量子コンピューターになぜ必要なのかというと、高速に並列計算を行うためだ。絡み合っていない量子ビットのビット列は個々に動いてしまう。複数の量子ビットが絡み合っていれば、1つの量子ビットに対する作用を、瞬時に、全体へ及ぼすことができる。
ちなみに、この量子もつれの特性を用いたものに「量子テレポーテーション」がある。アリスとボブの2者の間で量子もつれにある光子の対を、アリスが光子（a）、ボブが光子（b）というように持つ。そして、この光子対には重ね合わせ状態を持つ量子ビット（c）がある。このときアリスが（a）と（c）を一緒に観測し、その”結果”をボブに伝えると、ボブはその情報をもとに（b）を操作することで（c）が得られる、というものだ。
暗号鍵の交換方法としても非常に魅力的であるとともに、量子テレポーテーションは量子通信という新たなネットワークの可能性を示している。量子もつれの制御、通信距離を伸ばすための技術など、各国さまざまな研究機関がこうした量子テレポーテーションの研究に取り組んでいる。
たとえば、1998年古澤明（現・理化学研究所）が量子テレポーテーションの実験に成功（無条件下で成功したのは世界初のこと）。その後、3者間の量子もつれ制御（2004年）、9者間の量子もつれ制御に成功（2009年）。また、2016年に中国が宇宙規模での量子実験を目的に打ち上げた実験衛星「墨子号」は、地球上の1200キロ離れた2つの地点間における量子テレポーテーションに成功するなどの成果をあげているという。
2021年には、理化学研究所、シドニー大学、ルール大学ボーフム校による共同研究チームが「3量子ビットの量子テレポーテーション」を成功させている。
【次ページ】量子ゲート方式での量子による計算とは
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https://www.sbbit.jp/article/cont1/34458
1. Bản cập nhật năm 2023
量子コンピュータ（入門編）
量子コンピュータって？
名前からすると、「量子」を使ったコンピュータなんだろうなぁって予想はできますが、その「量子」がよくわからないので、結局わかりません。
もう少し丁寧に言葉にすると、「原子や分子、もっと小さな電子などが持つ不思議な性質を計算に応用したコンピュータ（計算機）」です。
ん？ やさしく説明しているようで、やっぱりわからないんですけど･･･。その「原子や電子の不思議な性質」って、いったいどんな性質なんですか？
はい、「原子や電子の波のような性質や影響しあう性質など」です。
なんか扱いが難しそうですねぇ。
（笑）そうですね。でもだからこそ、可能性もたくさんあって世界中で研究開発がすすめられているんですよ。
すごいですね！わくわくしてきました。
従来のコンピュータとの違い
何が作れたらコンピュータってできるんだっけ？
突き詰めて言えば、コンピュータの中では、情報を「0｣と｢1｣の組み合わせとして表しています。そのため、どういう状態を「0」とし、または「1」とするか、その違いを決めることができたらコンピュータが作れます。
｢0｣と｢1｣の違いが必要なのね！それってどうやって作ってるんだろう？
はい、これから説明します。その中で「ビット」という言葉がでてきます。
「ビット」は、コンピュータが扱う情報の最小単位で、コンピュータの中の1ビットは「0」または「1｣を表しています。
そのビットが従来のコンピュータと量子コンピュータでは異なるのです。
そこから説明しましょう。
はい、お願いします。
コンピュータの中は｢1｣と｢0｣だけの世界
従来のコンピュータが使うビットと量子ビットの違いを教えて
（従来のコンピュータで｢0｣｢1｣を表しているビット）
私達が普段使っているノートパソコンで使われているビットでは、トランジスタという小さな電子部品の出口の電圧が低いと｢0｣、高いと「1」を表しています。
つまり、従来のコンピュータのビットは、電圧の高低で｢0｣か｢1｣のどちらかを表すようにできているってことですね。
はい、その通りです。
（量子コンピュータの｢0｣｢１｣を表す量子ビット）
量子コンピュータも｢0｣｢1｣という形で情報を扱います。しかしそれを表すのに、従来のビットとは異なる特性を持った「量子ビット」というものを使います。量子ビットの作り方は色々ありますが、例えばエネルギーがもっとも低い状態を「0」、少しエネルギーが高くなった状態を「1」として計算をおこないます。
エネルギーの高低って言っていますが、具体的にはどういうことですか？
量子ビットの作り方によって色々ありますが、例えば周波数の高低だったり、磁場の中での粒子の向きの違いだったりします。
量子ビットにも種類があるんですね。
はい。そして従来のビットは、常に「0」か「1」のどちらかを表すのに対し、量子ビットは「0」か「1」が確定していない状態（＝重ね合わせ）のまま計算を進めることができるのです。
どういうことですか？
量子ビットをn個集積させると最大2のn乗通りの数字を一度に扱うことができます。例えば、2量子ビットの場合は最大4通りの計算結果が重ね合わさった状態を１回の計算で作れるわけです。
つまり量子コンピュータは従来のコンピュータとは情報の扱い方が違うんですよ。
それじゃ実際にはどういう流れで計算しているのかなぁ？
具体的な例で説明しましょう。
量子コンピュータが問題を解く流れ
実際は量子の色々な性質を使って計算しますが、この講座では量子計算において「正解が現れてくる様子」をイメージでご紹介します。
- （本講座では、10進数の数字はカギカッコ無しで表示し、2進数の数字はカギカッコ有りで表示します）
- ①143の最小の素因数を探すための量子アルゴリズムを用意
- ②量子ビットを初期化
- ③量子アルゴリズムを実行
- ④結果を読み出し
例として143の最小の素因数11を探してみましょう。
- （わかりやすくするために、本講座では探す範囲を4ビットで表せる０から15に限定して答えをさがします）
➀ 143の最小の素因数を探すための量子アルゴリズムを用意
量子アルゴリズムってなんですか？
量子アルゴリズムとはコンピュータの中で答えを見つけるための計算手順プログラムのことで、人が用意します。
（実際の量子アルゴリズムの一例を、後ろの方で参考として紹介しています）えー！人が作ってるなんて、すごいですね。
② 量子ビットを初期化
計算前に量子ビットをすべて「０」にする演算をおこないます。
③ 量子アルゴリズムを実行
個々の量子ビットを操作したり、2つの量子ビットをもつれあわせたり（エンタングルさせたり）します。
- *量子ビット単体では、計算はできません。相互にもつれあわせて、計算ができるようにします。また、どの量子ビットをどのようにもつれあわせるかは、量子アルゴリズムで指定します。
「もつれあう」とか「エンタングルさせる」とか、ちょっとイメージがわかないのですが・・・。他の言葉で言い換えられませんか？
う～ん、難しいですね、それでは「影響しあう」という言い方でどうでしょうか？
あ、それならなんとなくイメージがわきます！
ホッ、それは良かった。
量子コンピュータは答えの候補をすべて計算します。今回は4ビットで表せる0から15の16通りあります。
今回は限定した範囲で答えを探すということでしたね。
はい。まず計算を始めた時にすべての量子ビットを初期化しているので、最初はどの量子ビットも確実に｢0｣になっています。そのため、10進数の0（ゼロ）が答えになる可能性が高い状態になっています。
計算が進むにつれて、答えとして正しくないビット列の確率が低くなるため、正しいビット列が観測される確率が高まっていきます。
④ 結果の読み出し
人が計算結果を読みだそうとしたときに、「11」を表す量子ビットの列が高い確率で読みだされるので、答えは「11」らしい、という結果が得られます。
ちょっと難しいですね・・。なんとなくそうなのかな～ていう感じです。
（笑）なんとなくわかってくれれば良いです。
（参考）実際の素因数分解の量子アルゴリズムの一例です
- この例では、5個の量子ビットを使っています。横線の1本が1個の量子ビットを表します。
- 時間は左から右へ流れます。
- 「□（HやXなどのアルファベットが書かれている四角）」「●（黒い丸）」等は、ひとつひとつが各量子ビットへの操作「量子ゲート」を表します。
- 右端の「メーター」マークが、量子ビットの状態を読み出す操作である「観測」を表します。
*Unathi Skosana & Mark Tame (2021),
https://www.nature.com/articles/s41598-021-95973-w
Fig.2をリライト
結局、量子コンピュータはスパコンよりも速いの？遅いの？
それぞれのコンピュータにとって得意、不得意な問題があるので、一概には速いとも遅いとも言えません。解く問題によって使い分けるのが良いと思います。
使い分ける？
具体例を紹介しますね。
（量子コンピュータはまだ開発中なので予想です）
➀ 量子コンピュータもスパコンも速く解ける計算問題
足し算など、小中学校の算数や数学で言うところの普通の「計算」です。
計算量が多くなっても両方とも同じように速く計算できる問題ですね。
どちらも速いのに、量子コンピュータの方が時間がかかっているのはなぜですか？
良いところに気が付きましたね。現状の量子コンピュータは、計算の1ステップにかかる時間がスパコンより長いので、今考えている計算問題では、スパコンより時間がかかります。
しかし今後、開発が進むと1ステップの計算時間が短くなる可能性もあります。期待したいですね。
② 量子コンピュータもスパコンも解くのが苦手と考えられている計算問題
「NP困難」と呼ばれる難しい計算問題の集まりの中には、量子コンピュータでも解くのが苦手な計算問題が含まれていると考えられています。
- ＊NP困難: (non-deterministic polynomial)-hard
正確に説明するととても難しく、長くなってしまうため本講座では省略させていただきます。
計算量が多くなると、両方とも同じように計算に時間がかかる問題なんですね
③ スパコンは苦手だが量子コンピュータは高速に解けると考えられている計算問題
素因数分解、量子系のシミュレーションなどです。
例えば、まだ正確には把握できていない人体に対する薬の作用をシミュレーションしたり、新しい材料の開発時間を短縮できると期待されています。
薬の作用をシミュレーション
新しい材料の開発
計算量が多くなるとスパコンでは時間がかかってしまうけれど、量子コンピュータはそれほど計算時間が増えない問題ですね。
はい、量子コンピュータは、従来のコンピュータよりも、計算回数や必要なメモリが増えにくいコンピュータなんです。スパコンでも数年以上かかってしまう問題を、数時間から数日で答えを出せる可能性があります。
それはなぜですか？
量子ビット（重ね合わせと2つの量子ビットのもつれ）は、従来の『ビット』とは情報の扱い方が異なることは説明しましたね。また、課題に合わせてうまく設計された量子アルゴリズムが、スパコンよりも少ない計算回数で、正解を意味する量子ビット列が強く表れるように導くからです。
量子コンピュータって聞けばきくほど難しいなぁ
そうだよねぇ。でも、可能性がたくさん秘められたコンピュータってちょっとおもしろくない？謎めいていてさ。
確かに・・。
量子コンピュータはこれからの技術なので、少しづつ学んでいきましょう！
はい！
関連リンク
量子コンピュータ最新情報
プレスリリース
- 超伝導量子コンピュータを開発し、量子シミュレータと連携可能なプラットフォームを提供（2023年10月5日）
- 量子コンピュータを利用できる「量子計算クラウドサービス」開始（2023年3月24日）
- スーパーコンピュータ「富岳」のテクノロジーを活用し、36量子ビットの世界最速量子シミュレータの開発に成功（2022年3月30日）
フジトラニュース
テクノロジーニュース
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