量子テレポーテーションって何ですか？

質問

「「量子コンピューター」へ第一歩　光子で情報を瞬間移動」
http://www.asahi.com/science/update/0923/001.html
　上記サイトの記事をみて驚きました。
　テレポーテーションが実現しているではないですか？
　なになに、「量子もつれ」「量子テレポーテーションを三つの光子の間で成立」「原理的に盗聴不可能」ぜんぜんわからない。
　「分子コンピュータ」というのが開発されていることは知っていましたが、量子コンピュータとは！
　画期的なことだとは思いますが、その原理やすごさがわかりません。どなたか簡単に解説してください。
　よろしくお願いします。

回答No.2

nzw · ベストアンサー

>演算速度が速くなるという部分は、よくわかりませんでした。

ポイントだけをごくかいつまんで言うと、たとえば従来のコンピューターは64bitのCPUであれば、一度に2進法で64桁の数の計算をできるわけですが、一回の計算で扱える数値は基本的にたった一つだけです。たとえばf(x)という関数の値を計算するにも、初期値xが異なるごとに一回一回計算しなおさないといけません。

ところが、量子コンピューターの場合、64量子bitは重ね合せの原理により2^64種類の状態すべてを同時に取ることができます。そこでxをこのような重ね合せ状態にし、各量子bit間をエンタングルさせることで、一回の計算操作だけで2^64通りの初期値に対するf(x)を計算できてしまうのです。

ただ、観測結果が確率的にしか得られないという量子力学の制限から、単純に計算結果を読み出してもある一つの初期値に対するf(x)しか得られないのですが、量子力学のもう一つの原理である干渉を利用し、欲しくない計算結果が干渉効果により消えていき、欲しい結果だけが残るようにすることで、ある種の問題を解くのが高速化ができると考えられているのです。

　なお、現時点で高速化ができると示されているのは、素因数分解（のアルゴリズムの非常に重要な部分）と、ファイル検索の２つだけです。

　また、実際に動作する量子コンピューターもまだまだごくごく基本的なものしかできていなくて、実用になるものができるかどうかも未知です。（色んな研究機関や企業が研究をしている最中です）

お礼

ありがとうございます。
なんだがすごそうですね。
未来のコンピュータという気がしました。

回答No.1

nzw

「量子もつれ」はエンタングルメントのこと。エンタングルメントについては下の質問に回答したのでそちらを参照して下さい。
「量子テレポーテーション」はあらかじめエンタングルメントさせておいた状態ベクトルを用いて、量子状態を転送する技術のこと。あくまで転送されるのは、量子状態であって、物質を一方から消して別の所に出現させるわけではありません。
「原理的に盗聴不可能」な性質は、未知の量子状態を完全に決定できないことと、複製不能性原理（ノークローニングセオリー）が量子状態に対して成立するから表れます。量子状態については観測をしないと情報が得られないけれど、観測をしてももとの状態ベクトルに含まれていたどれかの固有状態に確率的に収縮するだけで、すべての情報を得ることができない。逆にある固有状態を測定結果を得たとしても、その固有状態を成分として含むすべての状態を区別できないという性質を利用しています。いわゆる量子暗号ですね。
エンタングルメントや量子テレポーテーションは量子暗号の必須の要素じゃないけれど、量子中継などをおこなって伝送距離を伸ばすのに利用されるので言及されたのでしょう。

量子コンピューターは重ね合わせの原理とエンタングルメントを利用して、n個の量子ビットで、2^n個の初期値に対する演算を一度にしてしまう装置。これにより素因数分解など従来のコンピューターでは解くのに莫大な時間が要した問題を非常に短時間に解くことができると期待されています。

なお、量子情報処理を理解するには、行列形式での量子力学を理解しておく必要があります。J.J.サクライの現代の量子力学（上）だけでも読んでいればよろしいかと。なお、量子情報処理に興味があるなら

Nielsen "Quantum Computation and Quantum Information " Cambridge Univ Pr がお勧めです。
テレポーテーションについての記述はありませんが、この本に書かれている内容が理解できれば自然に理解できるでしょう。

お礼

ありがとうございます。
よくわかりました、とはいえないのが残念ですが、とても参考になりました。
わたしの基礎知識がなさすぎです。

暗号の部分はよくわかりました。
しかし、演算速度が速くなるという部分は、よくわかりませんでした。