「この言葉、最近新聞や雑誌で見る機会が多くなった。今後、自分の仕事に影響があるかもしれないので勉強しておきたい」――。このコラムでは、そんな意欲を持つ読者に良書をお薦めします。初心者向けから中級者向けまで、業界の識者がキーワードにまつわる特徴的な本をピックアップして紹介します。連載最初に取り上げる技術用語は「量子コンピュータ」。大阪大学 量子情報・量子生命研究センター 特任研究員の宮永崇史さんに聞きます。
そもそも「量子コンピュータ」とは
「スパコンで1万年掛かっていた計算が量子コンピュータなら200秒で」。2019年10月、このようなニュースが世間で注目を集めました。この報道は、英科学誌「ネイチャー」に掲載された米グーグルの発表を紹介したもの。グーグルは、ある特殊な乱数を計算する場合に、量子コンピュータであればスパコンの1億倍以上の性能を発揮できるとしました。理論上、それまでも量子コンピュータは従来のコンピュータをはるかにしのぐ性能を持つと考えられてきましたが、グーグルの発表はそれを世界で初めて実証したもの。量子コンピュータの早期の実用化を大きく期待させるものでした。
量子コンピュータは、「量子力学」と呼ぶ物理法則に従って動くのが最大の特徴、そもそもこれまでのコンピュータとは原理が違います。従来のコンピュータが「0」か「1」かで表現するビットを利用するのに対し、量子コンピュータは「0であり、かつ1でもある」という特殊な重ね合わせ状態が表現できる量子ビットを利用して、大量の情報を一度に処理します。さらに複数の量子ビットが量子もつれを形成することで、指数関数的に広がる計算が扱えます。素因数分解や化学計算、金融計算といった膨大な計算能力を有する計算に効果を発揮する可能性があります。
大きな可能性を持つ量子コンピュータが一般的に注目を集め始めたのも、上記グーグルの報道が発表された2010年代の終わりごろからといえます。実際、2020年に入ると関連書籍も多く出版されるようになりました。また、先日閉幕を迎えた大阪・関西万博においては、期間限定（8月14～20日）で来場者が量子コンピュータを体験できるイベントを実施しました。私達もそのイベントに協力。日ごろ実証実験を行っている大阪大学に設置した「純国産」の量子コンピュータに会場の端末を接続し、簡単なプログラムを実行してもらうというデモを行いました。私も1週間、会場にいましたが、老若男女問わず多くの来場者が量子コンピュータに興味を持ってくれました。
量子コンピュータが実用化に至るまでは、量子状態は外界のノイズに弱い、エラーが頻繁に起きるといった数多くの課題を克服しなくてはなりません。また量子コンピュータに対応したソフトの充実も欠かせません。専門家の見立てによれば、誤り訂正機能をもった早期的な量子コンピュータが利用できるようになってくるのは2030年になってから。ただし、多くの可能性を秘めた量子コンピュータですから、今のうちにその原理を知るとともに、自らのビジネスにどのような使い道があるのかを、探っておくことに損はないでしょう。
今回から3回にわたって、量子コンピュータを学ぶのに適した書籍を紹介します。今回は、量子コンピュータの基礎を学ぶための書籍3冊、次回はもう少し技術的に踏み込んだ書籍4冊、3回目は私個人が影響を受けた書籍2冊を紹介します。
数式はなし、現在に至るまでの潮流を正しく知る
「コンピュータ」というと、それだけで何やら小難しそうに聞こえますし、それに「量子」がつくとなおさらです。そんな量子コンピュータの“初心者”に『驚異の量子コンピュータ 宇宙最強マシンへの挑戦』（藤井啓祐著／岩波書店／2019年11月刊）は、最も適した書籍です。こちらの書籍の特徴は数式がでてこないこと。量子コンピュータというワードが気になった初心者の方でも机に向かわず読み進めることができるような構成になっています。
著者の藤井先生は大阪大学大学院基礎工学研究科の教授で、私が所属する量子情報・量子生命研究センター（QIQB）の副センター長も兼務されています。量子コンピュータが“下火”だった時代から、ずっと研究をされています。量子コンピュータの発展を間近で見てきた藤井先生だからこそ語れる内容が随所に盛り込まれており、初心者だけでなく、中級者、そして量子コンピュータを研究している方にも楽しんでいただける内容になっていると思います。
図や表も多く使用し、メカニズムに関してもたとえを利用するなどしてわかりやすく説明しているので、難しい内容もすっと入ってくるでしょう。ページ数もさほど多くない（174ページ）ので、サクッとまでは言いませんが、頑張れば数日で読める範囲です。タイトルにもありますが、読んだ後には量子コンピュータの「脅威」が一通り理解できるのではないかと思います。
ちまたにあふれる量子コンピュータの誤解を解く
冒頭に紹介したグーグルの発表は、世の中に大きなインパクトを与えました。また、インターネットなどで報道されるニュースも、やや誇張されたものが多いため、量子コンピュータには誤解が多いのも事実です。実際、私が大阪・関西万博の説明員としてブースにいた際にも、「量子コンピュータを使えば何でも早くなるのか？」「こんなにすごいのだから実用化は早まるのか？」などと質問される方が多くいました。もちろん、量子コンピュータが何にでも使え、すぐにでも実用化できればいいのですが、実際はそうにもいきません。
『量子コンピュータが本当にわかる！ 第一線開発者がやさしく明かすしくみと可能性』（武田俊太郎著／技術評論社／2020年2月刊）は、量子コンピュータにまつわる誤解を挙げ、その誤解を解くことから話を展開しています。このため、量子コンピュータの概要がわかっている人が理解を高めるためには適しています。著者の武田俊太郎氏は東京大学大学院工学系研究科准教授で、光量子コンピュータという方式でハードウェアの研究をされている著名な研究者です。
誤解としては、「量子コンピュータはあらゆる計算が速くなる？」「量子コンピュータは並列計算するから速くなる？」「量子コンピュータは数年後には実用化される？」の三つを挙げています。いずれも答えは「いいえ」ですが、1章ではこれらの誤解に対して、なぜ誤解なのかを簡単に説明。その後に続く章においては、さらに詳細に説明を加えます。量子コンピュータは条件がそろうことで圧倒的な計算速度を達成できること、そもそもこれまでのコンピュータとは仕組みが違うこと、実用化するためには課題が山積みであること、などを説明して誤解を解くとともに、執筆時点の開発の最前線にも触れています。
藤井先生の著書と同様に、図や表が多く、身近な現象を例にした説明もあるために、量子コンピュータに関して俯瞰（ふかん）的な知識が得られます。数式もほぼなく、誤解を解くためにネガティブな面を含めて開発状況などを記載するなど、一般な報道の誇張された内容を上書きするには適しています。300ページ近くある書籍のため、原理の解説などに関して藤井先生の著書よりは多く割いていますが、それでも読みやすいために、気軽に手に取れるものだと思います。
講義を聞くように原理原則を一から習得
講談社のブルーバックスシリーズは、科学技術の話題をわかりやすく解説していることが技術者の間でも評価されています。「科学をあなたのポケットに」というスローガンを掲げ、1963年の創刊以来、これまで2000冊以上のシリーズを出版し、その中にはロングセラーとなったものも少なくありません。
『量子コンピュータ 超並列計算のからくり』（竹内繁樹著／講談社／2005年2月刊）は、ブルーバックスシリーズに名前を連ねる量子コンピュータの書籍です。これまで紹介した2冊の本と違うのは、連続講義のように順を追って、量子コンピュータの原理や可能性などについて解説していることです。ブルーバックスシリーズの特徴である「わかりやすさ」は十分に踏襲されているため、量子コンピュータの基本を一から学びたいと思われる方には適しています。
例えば、冒頭ではこれまでのコンピュータの仕組みから話を始めて量子コンピュータとの対比をし、また量子力学についてもかなりの量を割いて説明して理解を促すなど、読者が振り落とされずに読み進める工夫がされています。すでに発行されてから20年以上が経ちますが、量子コンピュータの原理原則は変わるものではないので、それを知るためには一番にお薦めの書籍です。ただ、量子コンピュータのデバイスに関する情報も記載されていますが、ハードに関わる情報は、さすがに古くなってしまっているので、注意が必要です。
以上、今回は量子コンピュータの基本から学びたい人に向けて3冊の本を紹介しました。次回は、中級者に向けたお薦めの本について紹介します。
大阪大学 量子情報・量子生命研究センター 特任研究員
（取材・構成：木村 知史＝CocoSmile 編集者）