【図解】コレ１枚でわかる量子コンピュータ　2/4

「量子コンピュータ」とは、量子物理学（量子力学ともいう）の物理現象を利用して計算を行うコンピュータです。

量子物理学とは、この世界を作っている物質よりもさらに小さな原子や電子、光子や素粒子などのミクロな世界での物理現象を説明するために構築された理論です。物質よりも小さなミクロな世界を構成するこれらの存在は、「粒子」としての状態と「波動」として状態を併せ持っていることから、これを「物質」と区別するため「量子」(quantum) と名付けられました。この世界で起きるあらゆる現象は、突き詰めてゆけば全て量子の振る舞いによるものであることから、量子物理学によって全て説明できるということになります。

一方、私たちが普段目にする世界は、原子が何億、何兆と集まった世界であり、そこでの物理現象は、古典物理学（古典力学ともいう）によって説明することができます。例えば、ものが落ちる、電流が流れる、地球が太陽のまわりを回っているなどです。このようなマクロな物理現象を量子物理学で説明することは原理的にはできますが、複雑で膨大な計算を伴うことから、一般にはこれを簡略化した近似計算で代替します。そのための理論が古典物理学です。つまり、古典物理学は、量子物理学の近似理論ということになります。ただ、マクロな物理現象であれば、古典物理学のほうが、少ない計算量で実用上問題のない精度で十分に説明することがではきますので、広く利用されているのです。

この古典物理学で説明される物理現象を利用しているのが、いま私たちが使っているコンピュータであることから「古典コンピュータ」と呼ばれています。

古典コンピュータは「電圧の高低」や「スイッチのオン/オフ」といった物理現象を利用します。一方、量子コンピュータは「粒子」や「波動」といった物理現象を利用します。この違いから、量子コンピュータは古典コンピュータでは到底実現できない高速計算が実現できるであろうと考えられています。

また、この世界でおきるあらゆる現象は量子物理学に従っていることから、量子コンピュータは、理論上、量子力学の基礎方程式を計算できることになり、あらゆる物理現象を近似ではなく厳密に計算できると考えられています。これにより、計算の高速化だけではなく、物理現象の解明や化学合成（量子化学計算）など、古典コンピュータではできなかった計算が可能になると期待されています。

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