量子コンピュータの条件

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　なぜ量子コンピュータを開発しているのか？　研究をしているとよく聞かれます。私が答えとしているのは、「量子コンピュータは、人類に課された“ 宿題”をすることができるから」というものです。例えばカーボンニュートラル社会（※）の実現は、人類に残された宿題です。実現のための技術として、二酸化炭素を直接空中から回収する技術「Direct Air Capture」が期待されています。Direct Air Captureには、性能の良い触媒電極材料が必要です。その探索に、量子コンピュータが使えるのではないかと考えられているのです。

　このように環境のシミュレーション、材料の探索、金融の予測、材料設計などさまざまな分野で大きな価値を生み出すだろうと考えられている量子コンピュータですが、その実現にはまだまだ多くの宿題が残されています。アメリカの理論物理学者であるデイヴィッド・ディヴィンチェンゾは、量子コンピュータに欠かせない5つの条件を提示しました。まさに量子コンピュータ実現のための宿題です。

　ひとつ目の宿題は「初期化」です。量子コンピュータで計算を行う前には、量子ビットを初期化する必要があります。そのためには量子ビットの状態を完全に制御できなければなりません。ふたつ目は、任意の演算を再現できる「ユニバーサル操作」が実装されていなければなりません。これはコンピュータに必要な汎用性の実現に関わるものです。3つ目は、量子ビットを操作した後で、どのような状態になっているかがわかる、正確な「読み出し」ができなければなりません。4つ目は、これらの制御・操作を行う十分な間、量子力学的な状態「コヒーレンス性」（※）を保つことが求められます。特に量子ビットは外部からの干渉に弱いことから、コヒーレンス性の維持には課題があります。そしてこれら4つの宿題をクリアした上で、5つ目の宿題である「集積性」つまり良好な量子ビットを結合し、大規模化していくことが必要なのです。