第37話 量子ビット(量子状態をコンピュータに使う)

これまでの話
第1話 量子の夜明け
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第36話 量子ビット(ビットについて)

前回はビット表現と基本回路の構成が可能ならコンピュータを構成できる可能性がある事を書きました。例えば次のような状態はビットとして使えます。

以後、これを単に

と書いても誤解は生じないと思います。ただこれだけだと普通のビットでしかないです。そこで量子状態を生かした量子状態そのものを使う事が考えられます。つまり重ね合わせ状態

です。これを量子ビット（qビット）と言います。しかし、これには問題もあります。
つまり、ビットが０

を我々が見ることが出来る確率は

です。同様にビットが１

を我々が見ることが出来る確率は

になります。確率的にビット値が変わってしまうのでこれでコンピュータが構成できるのでしょうか？この問題はここでは一旦置いておくことにします。しかし重ね合わせには一つの魅力があります。つまり、１ビットの状態は０と１です。この単純な二通り全てを作るのには当たり前の話ですが2つの状態が必要です。それは０と１の状態です。ところが重ね合わせの状態を扱えるqビットでは一つの状態|q> で表現できる事です。

例えば偏光した光子１個

で０と１の状態を同時に持っています。当然このままでは|0> でも |1> でも無いので結果として使えませんがうまく使えばある時点までは完全な並列処理用ビットとして使えるかも知れません。実はそのような課題を見事に乗り越える事が出来る事が知られています。そのような仕組みを「量子アルゴリズム」と言いますが、しばらくはこの量子ビットについて色々と学んで見たいと思います。