2023年7月5日水曜日

量子コンピュータとは?

 計算器・計算機の歴史は、ソロバンからはじまり、手廻し計算機や、対数計算尺などが、戦前の主力であった。

戦時中アメリカで、真空管式でIBMの電気計算機が発明され、その後半導体式の電子計算機に改良された。

電気計算機は、真空管(第1世代)、トランジスタ(第2世代)、集積回路(第3世代)、そして、マイクロプロセッサ(第4世代)と発展してきた。

用途も「パーソナル・コンピュータ」、「メインフレーム・コンピュータ(汎コン、大型汎用計算機)」、そして、「スーパーコンピュータ(スパコン、超高速並列大型汎用計算機)」がある。

計算にはすべて2進法の単位(ビット)を用いている。

半世紀にわたり、電子計算機は性能向上や、大型化がすすめられたが、最近これを超える量子計算機の開発がすすんでいる。

20世紀の間では、その開発が進まず、世界の研究者はあきらめかけていたが、21世紀になりいろいろの関連技術の開発がすすみ、実用化にたどりついたようだ。

「量子コンピュータ」では、量子力学での不確定性原理に基づく重ね合わせの法則をコンピュータの計算単位であるビット(量子ビット、キュビット)に適用して、並列計算に利用しているという。

量子物理学や量子力学などに無縁の私には、量子コンピュータの解説記事をよんでも、その内容が正確には理解できない。

まだ素人にわかりやすい解説の技術が出来上がっていないようである。

テレビ番組でみた解説に、ネットで検索した内容を付加して、自己流の理解で量子コンピュータをまとめてみた。

従来のコンピュータは、演算単位をonとoffの二つ、0と1の二つの状態として使用する。


量子コンピューターは、演算単位を、0と1の重ね合わせ状態で使用するという。


0でも1でもあると、なぜ爆速演算ができるのか、不思議である。


迷路探しの例で、量子コンピュータは、すべての迷路の別れ道で、分身するから、早くゴールの出口にたどりつくという。計算回数が半分ですむからだ。

並列計算とも表現している。答えは確率的に出力されるから、複数回の計算が必要でもある。


また0&1状態をキープする方法はあるのか?との質問には、量子井戸の発明で可能になったという。


量子井戸は、電子の自転の方向を時計回りと反時計回りで、0&1状態をキープできる装置である。

すべての物質は原子から成り立っているとされてきた。

しかし原子は、電子、陽子、中性子、さらに小さなニュートリノやクォークなどからなり、これらの運動はニュートン力学とは異なる法則が働く粒子のため、その粒子グループを量子と名づけ、運動の法則は「量子力学」と呼ばれた。


その量子の名前が、コンピュータまで広がったのは、驚きである。

量子は漁師に通じる?

魚を一本釣りする方法もあるが、網で大量に捕獲する方法が主流である。

網の目の太さを変えることで、小さい魚を逃がしてやることができる。

量子コンピュータも、同じようなことを、ふるいにかける統計的手法でやっているのかとも考えられる。

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