量子コンピューティング：世界で最も「冷たい」コンピュータが難問を解決する仕組み

まず一つはっきりさせておきましょう。量子コンピュータが現在のノートパソコンに取って代わったり、Wordleで勝つのを助けたり、整理しようと思い続けているあの引き出しの中の絡まったケーブルをほどいてくれたりすることはありません。いくつかの事柄は量子物理学をもってしても不可能であり、あのケーブルの引き出しはおそらくその一つです。しかし、これら信じられないほど高度で超低温の機械は、人類の最大の悩みのいくつかを解決する助けとなる可能性があり、テック界の巨人たちはそれを実現するために巨額の資金を投じています。

これは、白衣を着た少数の科学者たちによる単なる希望的観測ではありません。IBM、Google、Microsoft、Amazonはすべて量子技術に多額の投資を行っており、野心的なスタートアップ企業も数多く参入しています。IBMの解説では、McKinseyの予測が引用されており、量子コンピューティング業界は2035年までに1.3兆ドルという驚異的な規模に達する可能性があると示唆されています。私たちのほとんどがパブで説明できないようなものに対して、それは多額の資金です。しかし、ここでは皆さんがその説明ができる数少ない一人になれるよう解説を試み、なぜそれが重要なのかを説明します。

量子コンピューティングとは「実際」何なのか？

あなたのスマートフォン、PC、そしておそらく一度も使ったことがないであろうスマート冷蔵庫は、すべて「ビット」で考えています。ビットとは、オフ（0）かオン（1）のいずれかの状態をとる小さなスイッチのことです。シンプルで信頼性が高く、量子コンピュータに比べればかなり退屈なものです。一方、量子コンピュータは代わりに量子ビット（qubits）を使用します。Microsoftが説明するように、量子ビットは単一の値に固定されるのではなく、複数の可能性を同時に保持することができます。コイン投げを想像してみてください。通常のビットは表か裏のどちらかであり、答えはそのどちらかになります。一方、量子ビットは空中で回転している最中のコインのようなもので、答えはあなたがそれを見たときにのみ決定されます。

複数の量子ビットを連結させると、それらが処理できる可能性の数は驚異的な速さで増大します。IBMは、2つの量子ビットで4つの組み合わせを、3つで8つをカバーできると指摘しています。100個に達する頃には、私たち一般人はおろか、天文学者さえ赤面させるような膨大な数字を扱うことになります。さらに説明するために、IBMがお気に入りの比喩として挙げているのが迷路です。私たちが知っている通常のコンピュータは、正しい道が見つかるまで、行き止まりに突き当たりながら一つずつすべての道を試して迷路を脱出します。量子コンピュータは、干渉と呼ばれる波のような仕掛けを使って、鳥の目のような視点を持ち、間違ったルートを特定して正しいルートを見つけ出します。