量子コンピューターの原理

質問

最近「量子コンピューター」と言う言葉を聞きました。どんな原理で作動するのですか？　中高生レベルで理解できるような説明でお願いします。（質問者はもう少し年長ですが^^;）

それから、ノイマン式と何が違い、どんなメリットがあるのかとか・・・。

回答No.10

amanojaku1

>回答No.9　amanojaku1

>そう言えば完全な量子テレポーテーションに成功してます。
>ざっくりと言うと超光速通信、アインシュタイン派の学者にとっては目の上のタンコブ。
>
>完全な量子テレポーテーションに成功
>http://eetimes.jp/ee/articles/1308/19/news028.html

相対論では光速になると質量が無限大になる、超光速になると時間が逆行する(過去に行く)。
量子テレポーテーションは ただの情報なので質量の問題はないですが、相対論的に「時間が逆行した(過去に行った)」ことになっている情報が観測できていると言うことは、そもそも相対論の「超光速になると時間が逆行する(過去に行く)」が間違っていると量子テレポーテーションは実証してしまっている事になり、それは相対論・全体の信頼性を毀損します。

回答No.9

amanojaku1

>量子テレポーテーション

そう言えば完全な量子テレポーテーションに成功してます。
ざっくりと言うと超光速通信、アインシュタイン派の学者にとっては目の上のタンコブ。

完全な量子テレポーテーションに成功
http://eetimes.jp/ee/articles/1308/19/news028.html

回答No.8

potatorooms

昔、巨人の監督だった長嶋茂雄は、試合でのサインでバッターに、「ホームランを打て」と指示したことがあったそうです。

事前にホームランの打ち方を教わるか、ホームランを打つための練習を繰り返していないとホームランを打てないのが今のコンピュータ。

ホームランを打て　という具体的な指示の実現のために、実現方法を知られなくても、サインを受けたその場で自身で知恵を絞って方法を考え、実現できるのが量子コンピュータの目指すところです。

お礼

書き込みありがとうございました。

ではそのニューシステムに「貧困撲滅せよ」と入力したいです。・・・でも無理そうですね。

まだ、「ノイマンの早いやつ」の範囲のようです。

シンギュラリティとか、ソサイエティ5.0とかは、まだSFの世界のようですね。

回答No.7

amanojaku1

>的外れを承知で言えば、そのようなシステムの完成の暁には、世界平和、貧困解消に役立てばいいなと思いました。

もう、完成しています。

量子コンピューター、ＮＴＴがクラウドで一般公開
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO23685870Q7A121C1X30000/

(あくまで推測ですが)光の重ね合わせを (タイミングを微妙にズラし)ほぼ"同時存在"させ複数の演算を ほぼ同時に演算していると思われます(微妙にズラさないと、どの演算が どの結果分からないので)。

(あくまで推測です)下記の左から「Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ」の演算開始のタイミングを微妙にズラし(光ファイバーの回路内部で)重ね合わせで ほぼ"同時存在"させ複数の演算を ほぼ同時に演算していると思われます(「Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ」の演算終了も微妙にズレ、「Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ」の どの演算結果か分かると思われます)。

始ＡＡＡＡＡＡＡＡＡＡ終
　始ＢＢＢＢＢＢＢＢＢＢ終
　　始ＣＣＣＣＣＣＣＣＣＣ終
　　　始ＤＤＤＤＤＤＤＤＤＤ終
　　　　始ＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥ終

お礼

再度書き込みありがとうございました。

大幅に的外れでした^^;

回答No.6

amanojaku1

>ノイマン式

A+B=C
E*F=G
H-I=J

↑1行づつ実行する。

>量子コンピューター

ざっくり言うと量子状態は状態の重ね合わせが可能(複数の状態を重ね合わせが可能)。
シュレーディンガーの猫(本来のシュレーディンガーの猫の話とはチョット違います)。
箱の中に毒饅頭と1匹の猫を入れます。
その箱の蓋を閉めて、その箱の中が量子状態になったとします。
量子状態になると、毒饅頭を食べて死んだ猫と、毒饅頭を食べずに生きてる猫が重ね合わせで"同時存在"します。
その箱の蓋を開けると(確率的に)生きてる猫か死んだ猫かの どちらかに収束します。
たまに量子状態を"確立"みたいに解説されている場合が有りますが、その箱の蓋が閉まっている場合は"同時存在"で、その箱の蓋を開けた場合に結果が確率的に収束します。
確率的に収束：例えば50%の確率で生きてる猫か死んだ猫かの どちらかに収束する場合、そのシュレーディンガーの猫を10回実行し開けた場合、5回は生きてる猫、5回は死んだ猫になります。

量子コンピューターは量子状態を利用し、演算を重ね合わせで"同時存在"させ複数の演算を同時に処理します(論理的には無限に重ね合わせで"同時存在"させられますが、現状では有限の重ね合わせです)。

お礼

アドバイスありがとうございました。

的外れを承知で言えば、そのようなシステムの完成の暁には、世界平和、貧困解消に役立てばいいなと思いました。

回答No.5

SPROCKETER

量子コンピュータというのは、ノイマン式コンピュータのような逐次演算方式ではなく、同時並列演算なので、１命令の実行時間で計算速度が決まるのではなく、同時並列的に実行出来る命令数で計算速度が決まる超並列計算機の事です。

　たとえば、パソコンで加算命令を１回実行すると、３ＧＨzであれば、理論的には３０億分の1秒で計算出来るはずですが、３０００億回計算させるとすれば、１００秒（１分４０秒）かかる計算になります。もちろん、実際には、こんなに早く計算出来ません。プログラムの命令読み込み時間、メモリーアクセス時間、パイプライン上での演算実行時間など、多くのタイムラグが重なるので、これよりも遅くなります。

　ところが、量子コンピュータでは、加算命令を１回実行する時には、同時に複数の命令を実行出来るので、３０００億回の演算を１回の命令実行で終了させるのも可能です。これに１ミリ秒かかるとすれば、パソコンで１分４０秒かかる計算が、量子コンピュータでは１０００分の１秒で終わる結果になります。もちろん、同時並列演算出来る計算だけですが、人間の脳も同じ事をやっているのがわかっています。

　人間の脳では１０万回の演算を１０万個の神経細胞を使って、１回の伝達で実行するなどの離れ業をやっているので、野球のボールを正確に投げたり、バットで打ち返すなどの計算が瞬時に出来るわけです。コンピュータでは高速演算出来るようになった最近まで、こういう芸当は出来ませんでした。

　量子コンピュータは並列演算能力が桁違いに大きなコンピュータと考えれば良いでしょう。並列演算能力が高いだけではなく、検索能力でも、同時に多数の画像パターンをホログラムを使って１回の演算で検索出来るので、パソコンでは長い時間がかかる画像検索を一瞬で答えを出す事が出来ます。

　量子コンピュータはデジタルコンピュータと根本原理が違うので、プログラムの実行方法もノイマン型コンピュータとは違うようです。どちらかと言えば、人間の脳に近いコンピュータだと考えて良いでしょうね。

お礼

アドバイスありがとうございました。

原理に於いて「『デジタル』とは違う」ということが参考になりました。

回答No.4

potatorooms

スレッドとタスクを最初に理解しておくと良いかと。
今のコンピューターは、マルチタスクといいながら、ひとつのCPUの処理は一度にひとつしかできないので、同時処理に見えても、ふたり以上でやってたり、ひとりが時間を区切っていろいろな作業を順番にやっている（これがノイマン式）だけです。
要は男性脳なんですね。
その背景には、電子の有無で状態を把握する情報の持ち方があります。

女性は、赤ちゃんの面倒を見ながら、裁縫をしつつ、隣の女性とおしゃべりができるそうです。
それをコンピュータのCPUでやらせようというのが量子コンピュータです。
そのためには情報を多重に持たせる必要があります。
量子ビットは、ひとつの量子の状態ではなくいくつかの状態の組み合わせをひとつの単位にすることで、情報を多重に持たせることができるわけです。

例えば、あなたが紙に鉛筆で文字を書いたら、ひとつの場所にはひとつの情報しか書けず、多くのことを書くとしたら、別の紙か同じ紙の別の場所に書く必要があります。これがノイマン式。
で、このやり方でいくつかの情報を書き込むために考え出されたことがマルチタスクやマルチスレッドです。見かけ上、ひとつの鉛筆でたくさんの情報を並行して書けるように見えるけど、紙の一カ所を見るとひとつのことしか書かれていない。

鉛筆ではなく、何色もの色鉛筆があって、同時に書くことができるとしたら、どうなります？
同じ場所に重ねて書いたとしても、色が違うから何重にも書いても読めますよね。（現実に重ねられる上限はあるでしょうけど。仮に赤と青なら余裕でしょ？）
ということは、鉛筆のときの様々な工夫をしなくても、赤、青、色違いの鉛筆で自由に書き込んで、重なったところは混ざった色になるので、そのまま書いたやつを処理する人に渡せば、様々な色を把握したまま処理ができます。例えばその紙を増やそうとしたらカラーコピー1回で増やせます。コピー機が色ごとに解読する必要は無いんです。
これが量子コンピュータの考え方です。

ものすごくラフにイメージを伝えたらとしたらですよ。

お礼

書き込みありがとうございました。

「量子コンピューター」ができた場合の機能の譬えは伺いましたが、知りたかったのはその作動の原理・原則で、それを2020年からの小学生のPC教育の説明に使えるような表現はないものかと思いました。

回答No.3

noname#242220

物質は陽子と電子で構成されたます。
それぞれは素粒子の集まりでこれを量子と呼称します。
量子には２つの状態が有りこれを利用した物が量子計算機です。

ノイマン式はデータと命令が同時に揃ってから計算する方式です。
量子計算機と比較する事自体無意味。
詳しくは量子論を調べて下さい。
現在では量子もひもで構成されると考えられてます。

例えで言われるのが光粒子の２重スリット現象です。

お礼

アドバイスありがとうございました。

「何事も、本当にわかっている人は、難しいことを易しく説明できる」と思って、質問してみました。

回答No.2

chie65536（@chie65535）

＞どんな原理で作動するのですか？

ご参考。
https://quantum.fixstars.com/introduction_to_quantum_computer/about_quantum_computer/

＞それから、ノイマン式と何が違い、どんなメリットがあるのかとか・・・。

実は、量子コンピューターには、以下のように色々な種類があります。
https://stonewashersjournal.com/2017/03/29/typesofqcomputer/

お礼

URLのご紹介ありがとうございました。

回答No.1

aokii

かなり難しいので、先ずは、「量子テレポーテーション」について調べてみることが必要かもしれません。
https://www.kyoto-su.ac.jp/project/st/st04_04.html
https://www.sbbit.jp/article/cont1/34458

お礼

URL紹介、ありがとうございました。