＜参考文献＞　　　日経サイエンス　／２０１１　-　０２　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＮＥＷＳ ＳＣＡＮ／国内フラッシュ／量子情報

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　見るだけ量子計算機

プロローグ　　　　　　　　　　

「お久しぶりです！秋月茜です！

　 私の、２０１１年の初仕事になります。それから、私としては初めて、《量子情報科学》を担当し

ます。量子コンピューターの威力は、すでに知られているわけですが、これを創り出すとなるとま

だ難しく、多くの難関があるようです。

　 《当ホームページ》は、“日経サイエンス”をウオッチしているわけですが、この科学雑誌でも、

情報はパラパラとあるだけです。でも、実際には、次世代をになう基盤的テクノロジーとして、世

界中でさかんに研究が進められています。旧来のコンピューター開発史を踏襲する、次世代コン

ピューター開発の展開、と聞いています。

　 ええと、今回は．．．“日経サイエンス／ＮＥＷＳ ＳＣＡＮ／国内フラッシュ” に、量子コンピュー

ターに関するホットなニュース記事がありましたので、レポートしておきます。論文ではなく、ニュ

ースですので、詳細なものではありません。でも、研究の動向は、うかがい知ることができると思

います」

　 〔１〕 “観測／見ること”により・・・不要な相関を切る！

「ええ、高杉さん．．．」茜が、首筋にそっと指を置いた。「まだ、量子コンピューターを組み立てる

のは、難しいようですね？」

「そうですねえ．．．」高杉が、顎を撫でた。「まだ、数ビットの計算をする実験が、やっとのようで

す。そこで、近年．．．

　 “回路を組んで計算させる代わりに・・・あらかじめ作って置いた・・・量子もつれネットワ

ークの素子を・・・見る／観測することにより・・・量子計算を進める方法”．．．が提唱されて

います。これは、“量子コンピューターを・・・より実現しやすい方法”として、期待されています」

「ふーん．．．」茜が、頭を斜めにした。「どういうものなのでしょうか？」

「はい．．．」高杉が、モニターに目をやった。「まず、このニュースは．．．

　　ＮＴＴ／徳永裕己・研究主任たちと、京都大学／大学院生／藤井啓祐さんが．．．この、“見る

だけ＝量子コンピューター”に用いる“量子もつれ・・・ネットワーク”を、効率よく作成する方法を

考案し、Physical Review Letters 誌／１２月１４日号に、発表したということのようです．．．」

「はい、」茜が、手を握った。「それが、ホットなニュース記事、ということですね？」

「そうです．．．」高杉が、うなづいた。「“見るだけ＝量子コンピューター”を実現するための、難

関となる、“量子もつれ・・・ネットワーク”を、効率よく作成する方法を考案したということです」

「はい、」

「量子コンピューターというのは．．．

　 特定の素子を、“量子もつれ”という相関状態にすることで．．．膨大な数の計算を同時に実行

し、高速に計算するものです。しかし、狙った素子を、正確に“量子もつれ”にするのは、技術的に

非常に難しいのです。

　 また、“量子もつれ”を操作するのは、高い確率でエラーが起こります。これが、つまり、量子コ

ンピューターを創り出す上で、大きな障害になっていると言います」

「はい．．．それで、まだ、数ビットの計算をするのが、やっとだということですね、」

「そうですね．．．

　 一方、“見るだけ＝量子コンピューター”の方は．．．素子を組み上げて行く従来の方法とは、

逆の方法を取ります。

　 それには、まず、“量子素子の全体を・・・クラスター状態と呼ばれる・・・特殊な量子もつれ

状態”、にします。そして、“特定の素子を・・・計算プログラムに従って・・・観測／見て行く”、

という手法を取るのです」

「はい．．．」茜が、まばたきした。

「【量子力学の原理】によれば．．．

 　“量子もつれ状態は・・・観測することで・・・壊れる”わけです。したがって、“観測によって

・・・不要な相関を破壊／排除する”、という方法を取るのです。つまり、“クラスター状態から

・・・不要な相関を排除することによって・・・必要な相関を形成する”、という方法なのです」

「ああ．．．」茜が、ゆっくりうなづいた。「はい．．．

　 つまり．．．その計算そのものは．．．見る／観測するだけなので、簡単なわけですね。でも、多

数の素子で、“クラスター状態・・・特殊な量子もつれ状態”を作る方は、難関だったというわけ

ですね．．．それに、ＮＴＴ・京大チームは、成功したと言うことですね？」

「そうです．．．

 　“量子もつれ・・・ネットワーク”を、効率よく作成する方法を考案し、“見るだけ＝量子コンピュ

ーター”の実現に、道を切り開いた、ということでしょう」

「はい」

＜３次元的に結合した・・・大規模なクラスター状態を作る＞

「さて．．．」高杉が言った。「データは少ないのですが、どういうものかを考察してみましょう」

「お願いします、」茜が言った。

「ＮＴＴ・京大チームは．．．

 　“量子もつれ操作の・・・エラー率が高くても・・・効率的にクラスター状態を作れる方法を

開発した”．．．ということです。これは、くり返しますが、“見るだけ＝量子コンピューター”の実

現に、“道筋を示す”、ことになるそうです」

「大きな１歩に、なるのでしょうか？」

「門外漢の私には、何とも言えませんが、１つの難関をクリアしたということでしょう．．．

　 さて、いいですか．．．この“クラスター状態”を作る際は．．．回路と違って特定の素子どうしを、

“量子もつれ”にする必要はないのです。まず、核になる素子をたくさん用意し、たまたま近くに来

た素子に、“量子もつれ”の操作を施し、成功したら次の素子を待つというわけです。

　 それはちょうど．．．溶液中で結晶が成長するように．．．確率的に“量子もつれ”を成長させて、

“素子が放射状にもつれた星”を、同時に大量に作るのだそうです。その後、“その星の・・・枝

どうしを・・・もつれさせる”、といいます。

　 “うまく行ったら・・・そのまま保持”し、“失敗したら・・・枝ごと切り離す”、といいます。そうやって

最終的には、“３次元的に結合した・・・大規模なクラスター状態”、ができるということです」

「そこから．．．」茜が、モニターの方に顔を寄せた。「“特定の素子を・・・計算プログラムに従っ

て・・・観測／見る”という．．．計算のプロセスになるわけですね、」？

「そうですね．．．

　 素子を、“量子もつれ”にして、組み上げて行くのではなく．．．木から仏像を彫り出すように．．．

“大規模なクラスター状態から・・・観測によって・・・彫刻して行く”、ということですかね、」

「はい、」

「ええ、いいですか．．．

　 計算回路を順に組み上げて行く、“従来の方法”では．．．“もつれ操作・・・量子もつれ操作”の

成功率が１０％の場合．．．素子３個を“もつれ”させるだけで、成功率は０．１％になってしまうの

だそうです。

　 しかし、この、“分散して作る方法・・・同時に大量に作る方法”なら．．．成功率が１０％でも、

比較的短時間で、“大規模な・・・クラスター状態”を作れるのだそうです」

「はい．．．」茜が、うなづいた。

「“量子もつれ”の操作は．．．．

　 通常の加工とは違うといいます．．．この加工では、“もつれ操作”に失敗すると、素子にその

記憶が残るのだそうです。当然、それは、計算にも影響するわけですね」

「単純な操作に見えても、奥が深いということでしょうか？」

「そうですね．．．

　 ともかく、ＮＴＴ・京大チームは．．．“もつれ操作”の成功率が１０％しかなくても．．．この方法で

確実に．．．量子計算ができることを示したようです」

「はい、」茜が、大きくうなづいた。

「ええ．．．」高杉が、インターネット・正面カメラを見た。「ニュース記事なので．．．

　 これだけのデータしかありませんが．．．“量子コンピューター”の開発の一端は、垣間見ること

ができたのではないでしょうか。

　 それから．．．この方法は、イギリス／オックスフォード大学などの研究チームも．．．独立に発

見し、同じ学術誌／Physical Review Letters 誌に発表しているそうです。この、“見るだけ＝

量子コンピューター”は、世界的にも、研究が加速しているそうです」

「はい！私たちも、引き続き注目して行きたいと思います！」

　 茜が、両手をそろえ、深く頭を下げた。それから、ミケの頭に手を置いた。