量子コンピュータができたら、現在使われている暗号化の技術はものの数分で破られると言われています。
量子コンピュータはそれほど強力な計算能力を持っているのです。
今回はそんな量子コンピュータの仕組みと量子コンピュータが普及した先の未来についてご説明していきます。
5分でわかるくらいの簡単な内容にまとめていますので、情報系に疎くてもわかりやすい内容になっていますので気軽に読んでいってください。
では、行ってみましょう。
量子コンピュータとは
量子コンピュータとは、量子力学の現象を利用し、従来の一般的コンピュータ以上の速度や規模で計算を可能が可能なマシンです。
量子の性質「重ね合わせ」を利用することで膨大な量の計算を早く解けることができる量子コンピュータは、これからさまざまな分野で活用されることが期待されているのです。
しかしまだまだ発展途上な技術でもあり、2022年現在でもインパクトファクターの高い研究成果が出ておらず、スーパーコンピュータの方が利用価値が高いというのが現実。
とはいえ、今後発展していくことは間違いない分野で、スーパーコンピュータが何十年とかかっていた計算も量子コンピュータなら一瞬で解いてしまうことも理論上は可能になります。
量子コンピュータが実用化されれば従来の暗号システム（メールやパスワードなど）が全て解かれてしまうという恐れまであるほどです。
ここからはそんな量子コンピュータの仕組みと実際に現状のコンピュータとの違いについてお話ししていきます。
量子コンピュータの仕組み
量子コンピュータの仕組みを理解するためには、量子の性質から理解する必要があります。
量子とは、物理法則が通用せず「粒であり、波である」という特徴を持っている物質になります。
ここでは量子は「よくわからない物質で、粒と波の両方の性質を持つ物質」とだけ抑えておいてください。
量子の詳細を知りたい方は量子が発見された際の実験「二重スリットの実験」をチェックしてみてください。
では粒と波の二つの性質を持つ量子がなぜコンピュータの計算向上につながるのでしょうか。
それは「０(off)」か「1(on)」の二つの情報しか流せなかったものが、量子の重なり具合という情報を流せるようになったことが関係してきます。
もっとイメージしやすい話をしましょう。
これまで情報というのは電気が流れているか流れていないかの二択でしか発信することができませんでした。
キャッチボールで例えるとこれまでは野球ボールが飛んでくるか飛んでこないかで、情報のやり取りをしていました。野球ボールが見えたら捕球の構えという処理をして捕るみたいなことです。
それが量子になると二択ではなく、一度に数種類の情報をのせることができるようになったのです。
キャッチボールの例えを続けるならば、野球ボール以外にもラグビーボール、サッカーボール、バレーボール、テニスボールも投げてくる可能性があるといった感じです。
ボールによって受け取りては補給方法を瞬時に変える必要が出てきます。
これまで二択だった一つ処理に数種類の処理を無理やり一つの処理として解かせることでスピードアップにつながるわけです。
量子によって粒と波の性質を利用することで、電気が通っているか、いないかの二択が量子が飛んでいるか飛んでいないか、波の大きさの比に差はあるか、振動のタイミングのずれはどうか、という選択肢が生まれるのです。
選択肢が増えればそれだけ一つの電気の流れで複数の複雑な処理を行うことができます。
これが量子コンピュータの仕組みであり、これによって従来までのコンピュータよりも早い計算速度を出せるようになるのです。
普通のコンピュータとの違い
もう少し普通のコンピュータとの違いを挙げていきます。
速度以外にも消費電力の少なさも量子コンピュータは兼ね備えています。
スーパーコンピュータの「京」では年間約20億円もの電気代がかかっていましたが、量子コンピュータでは消費エネルギーが少なく、スーパーコンピュータの約100分の１程度と言われています。
消費電力が抑えられる理由としては、これまで二択によって何度も情報が行ったり来たりする必要があった部分が、複数の選択肢を一回の情報の行き来で処理ができるからです。
情報の行き来の回数＝消費エネルギーという観点から消費エネルギーが少なることがわかるかと思います。
普通のコンピュータより情報の行き来が少なくて済むことで情報処理が速くなるだけでなく消費電力まで抑えられるなんて、良いことづくめですね。
ここからは実際にどういった分野で活かせるのかという話をしていきます。
正直今のコンピュータの性能でも十分すぎるほど、高いですからね。
果たして、どういったところで速さが役に立つのか気になるところだと思います。
量子コンピュータでできること
機械学習
量子コンピュータの計算速度を一番活かせるのは機械学習分野だと僕は思っています。
機械学習や深層学習を使ってAIを作成するとき、学習というフェーズで小さい学習量でも５、６分は確実に待つのです。
もう少し大きな学習を伴うAIだったら１日なんて軽くかかるほど学習には時間がかかるのです。
量子コンピュータはそんな学習を速くすることができます。
学習が早くなれば、新しいAIがどんどん生まれ、大量の使われていなかったデータを全て使っての学習もできてしまうのです。
AIの精度も上がっていくことでしょう。
自動運転
自動運転の技術は今現在どんどん開発が進んでいっています。
量子コンピュータが一般化されていない今でも十分に実現は可能だと思いますが、量子コンピュータなら自動運転がもっと早く正確なものになるのです。
自動運転ではどのルートを通るか、どのような運転行動が最適かを計算する必要があります。
最適化問題とも言われる問題を量子コンピュータを使えばこれまで以上に早く解くことができるのです。
ちなみに最適化問題の解決は、新薬の開発や大企業のシフト管理表などにも活かすことができます。
広い分野で使われている最適化問題を素早く解けるという点で量子コンピュータの力を活かせるのです。
暗号解読
量子コンピュータの速度は現在使われている暗号を一瞬で解いてしまうほどと言われています。
暗号はさまざまなところで使われていて、パスワードだったり、メールやネットの通信にも暗号が使われています。
暗号化しなければ通信を傍受され誰がどんなやり取りをしているかがバレてしまうんです。
そして現在使われている多くの暗号はコンピュータでも解くのに何十年もかかるから大丈夫という暗号なのです。
簡単な例だと、「10938743847071204873240 ✖️ 89347089782392」が暗号の答えです！
みたいな感じです。
実際はもっととんでもない量の計算ですが、人間が実際解こうと思ったらかなり時間のかかる問題で諦める人も多いでしょう。
これが現在の暗号なのです。
解くには時間がかかりすぎる時終わった時には既にその暗号は使われていないということが多いことによって暗号のセキュリティが担保されています。
ただし量子コンピュータが出てきたらこの時間によって解けなかったという暗号が１日もかからずに解けるようになってしまうのです。
なので量子コンピュータの開発とともに現状の暗号技術ではセキュリティが守られないので、新しい暗号化技術も並行して開発していく必要があるのです。
暗号やパスワードに関してはこちらの記事でパスワードクラッキングという内容で紹介していますので、参考にしてみてください。
パスワードがわからないのは単にパスワードを明かすのに時間がかかるだけというのがわかるかと思います。
まとめ
今回は量子コンピュータとは何かから、量子コンピュータの仕組み、今後の使われ方という内容を紹介・解説してきました。
従来のコンピュータ速度向上より指数関数的に上がる量子コンピュータが今後開発されることは避けられない現実です。
生かすも殺すも使う人次第です。
対抗しうる暗号技術や技術を活かしたAIなどもどんどん出てくることでしょう。
これからは必ず量子コンピュータが一般的になる時代が来ます。
その時は現状の何が変わるのかしっかり抑えて、時代の波においていかれないようにしましょう。
とりあえず今は量子コンピュータは計算スピードが異常に速いとだけ抑えておけば大丈夫で、まだまだ実験段階であるということだけ抑えといてください。
では、量子コンピュータのインパクトファクターが出てくる日にまた会いましょう。
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