量子力学的な重ね合わせを用いて並列性を実現するとされるコンピュータ。従来のコンピュータの論理ゲートに代えて、「量子ゲート」を用いて量子計算を行う原理のものについて研究がさかんであるが、他の方式についても研究・開発は行われている。いわゆる電子式など従来の一般的な[1]コンピュータ(以下「古典コンピュータ」)の素子は、情報について、「0か1」などなんらかの2値をあらわすいずれかの状態しか持ち得ない「ビット」で扱う。より、重ね合わせ状態によって情報を扱う。個の重ね合わされた結果が得られる。重ね合わされた結果を観測してもランダムに選ばれた結果が1つ得られるだけで、古典コンピュータに対する高速性は得られない。高速性を得るには欲しい答えを高確率で求める工夫を施した量子コンピュータ専用のアルゴリズムが必須である。数千qubitのハードウェアが実現した場合、この量子ビットを複数利用して、量子コンピュータは古典コンピュータでは実現し得ない規模の並列コンピューティングが実現すると言われる[誰によって?]。量子コンピュータの能力については、計算理論上の議論と、実際に実現されつつある現実の機械についての議論がある。#計算能力の節を参照。現実の機械の能力については#実際の項を参照。量子系においてエネルギーを消費せず計算が行えることを示した[2]ことに端を発し、1982年、ファインマンも量子計算が古典計算に対し指数関数的に有効ではないかと推測している[3]。言える量子チューリングマシン(英語版)[4]を定義し、1989年に量子回路(英語版)[5]を考案した。1990年代[編集]1992年に、ドイッチュとジョサ(英語版)は、量子コンピュータが古典コンピュータよりも速く解ける問題でドイッチュ・ジョサのアルゴリズムを考案した[6]。Bernsteinは、万能量子チューリングマシン(英語版)と量子フーリエ変換(英語版)のアルゴリズムを考案した[7]。1994年にピーター・ショアは、実用的なアルゴリズム『ショアのアルゴリズム(英語版)[8]』を考案し、量子コンピュータの研究に火をつけた。これは、ヴァジラーニらの量子フーリエ変換や、同年のSimonの研究[9]を基礎に置いている。量子コンピュータ特有のアルゴリズムであるショアのアルゴリズムが、古典コンピュータでは現実的な時間で解くことができない素因数分解を、極めて短い時間で実行出来ることから、素因数分解の困難性を利用したRSA暗号の安全性は実用的な量子コンピュータが実現されれば崩れることを示した。1995年に、アンドリュー・スティーン(英語版)[10]やピーター・ショア[11]により、量子誤り訂正のアルゴリズムが考案された。1996年に、ロブ・グローバー(英語版)により、その後、様々なアルゴリズムに応用されるグローバーのアルゴリズム[12]が考案された。量子デコヒーレンスが量子コンピュータ実現への障害となることが実証された。CTQW)が考案された。西森秀稔による、量子焼きなまし法の提案もこの時代であった。2000年代[編集]ハードウェア開発に大きな進展があり、2008年にイオントラップの専門家デービッド・ワインランドは、個々のイオンをレーザー冷却して捕捉することが出来ることを示し、個々の量子もつれ状態にあるイオンをマニピュレーションする、イオン・トラップ型量子コンピュータ(英語版)の研究が進展した。Systemsが量子コンピュータ「D-Wave」の建造に成功したと発表した。D-Waveはこの記事の多くの部分で説明している量子ゲートによるコンピュータではなく、量子焼きなまし法による最適化計算に特化した専用計算機である。発表当初のものは128量子ビットであった[20]。D-Waveが本当に量子コンピューティングを実現したものか否か、当初は疑う向きも多かったものの、確かに量子コンピューティングによるものとする調査論文が英科学誌ネイチャーに発表[21]され、グーグルを筆頭とするベンチャー企業がD-Waveと協業を開始するなど、2018年1月現在、確実視されて来ている。2012年、セルジュ・アロシュとデービッド・ワインランドがノーベル物理学賞を受賞した。受賞理由は「個別の量子系に対する計測および制御を可能にする画期的な実験的手法に関する業績」である。エドワード・スノーデンの開示文書によると、NSAにおいて暗号解読のための実用化が研究されているとされる[22]。Martinisと連携し量子コンピュータの独自開発を開始すると発表した[23]。2016年5月、IBMは5量子ビットの量子コンピュータ[24]をオンライン公開した。ウォータールー大学教授がテストした結果、ほぼ同じ結果を得ることができた[25]。One)を開発したと発表した[27]。2019年10月23日、グーグルは世界最高速のスーパーコンピューターが1万年かかる計算問題を量子コンピューターは3分20秒で解くことに成功して量子超越性を世界で初めて実証したと発表し、CEOのサンダー・ピチャイは地球から最初に飛び立った宇宙ロケットに匹敵する成果と述べた[28][29]。ソフトウェア[編集]アルゴリズム[編集]量子コンピュータ特有のアルゴリズムがいくつか知られており、伝統的に有名なものを示す。Zoo[30]などを参照。factorizationとも)とは、素因数分解問題を高速に(多項式時間で)解くことができるアルゴリズムのことである。古典コンピュータでは非現実的な時間(準指数時間)で解くアルゴリズムしか知られていない。1994年にピーター・ショアによって発見された[8][31]。ショアは本件で、ネヴァンリンナ賞とゲーデル賞を受賞した。12月20日発行号[17])。ElGamal暗号や楕円曲線暗号の安全性の根拠)も多項式時間で解くことができる。このアルゴリズムの基本的なアイデアを拡張したものが、可換隠れ部分群問題についての量子アルゴリズムである。現在は、これをさらに非可換隠れ部分群問題に拡張する研究が進展している。ショアのアルゴリズムは、量子コンピュータが離散フーリエ変換を高速に実行できることによる。あり、正しい答えが得られるまで、何度も試行する。