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【初級】量子コンピューターを「使う」時代に!?

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コンピューターの性能は年々向上しており、普段使うスマートフォンにおいては不自由を感じない人も多いと思います。

しかし、未だ現在のコンピューターでは困難な計算もあります。
その一つが電子のシミュレーションです。

あらゆる物質の中には電子が存在しています。電子は、わたしたちの目ではもちろん、顕微鏡でも見ることが難しいため、シミュレーションといってコンピューターで物理法則にしたがった計算をすることでどのような状態であるかを調べます。

電子のシミュレーションが可能になると「どのような薬がよく効くか」「どのような太陽電池が効率がいいのか」など様々なことが、実際にその物質をつくらなくともわかるようになります。

このようなシミュレーションに、量子コンピューターという新たな計算方式のコンピューターが役立つと期待されています。
十数年前まで量子コンピューターは理論上のものでしたが、近年は実際につくられるようになってきました。
小規模な量子コンピューターなら私たちも使うことができます。(たとえばIBMのサイトでは5量子ビットの量子コンピューターを試せます。)

今回は、「実際の量子コンピューターを用いて、電子のシミュレーションに成功した」という研究を紹介します!

今日は量子コンピューターについての話じゃ!


名前は聞いたことあるよ!
でも,量子コンピューターってなに??


量子力学を使ったコンピューターじゃ!


えー??
それだけじゃわからないよ!


そうじゃな。
では、簡単に従来のコンピューターとの違いを説明しよう。

従来のコンピューターでは、計算を行うために0か1のどちらかを示す装置を使う。

たとえば、これは0じゃ。


classical_bit

聞いたことあるよ!たしか2進数っていって大きな数字も0と1を使ってあらわすんだよね!


そうじゃ。

一方で量子コンピューターで使う装置は0か1のどちらを示すのかが決まっていない場合もあるんじゃ。こんな風にな。


qubit

不思議だね〜!


量子コンピューターでは0と1のどちらになりやすいかを操ることで計算をするんじゃ。
0になりやすくしたり、1になりやすくしたり、という感じじゃ。


そんな計算方法が何の役にたつのー??


実はな、この計算方法は量子力学が必要な計算と相性が良いんじゃ。
その一つが「電子のシミュレーション」じゃ。


電子のシミュレーションって??


物質は原子が集まることによって成り立っている。
君もそうじゃ。かなーりたくさんの原子が集まっている。

そして原子は原子核とその周りをとびまわる「電子」からなっている。
知りたいのは「電子」がどのようにとびまわるかじゃ。

(実際には電子は原子核の周りに確率分布として広がっていますが、本記事では「とびまわっている」と表現しています。)


simple_molecule

電子のとびまわりかたがわかると何がうれしいの?


電子のとびまわり方がわかると、その物質の形(構造)がわかるんじゃ。

たとえば、病気の原因になる物質の形がわかれば、それに最も合うような薬がつくれたりもする!


へぇー!
量子コンピューターでどこまでシミュレーションできるようになったの?


まだ、一番簡単な分子である水素H2や、複雑な分子でもBeH2までじゃ。


周期表の上のほうからだんだん進んできてるんだね!


periodic_table

この程度の分子はいまあるコンピューターでもシミュレーションができるのじゃが、いずれは従来のコンピューターで不可能だったシミュレーションも量子コンピューターでできるようになるかもしれんな!


今後の発展に期待だね!!


そうじゃな、わしも待ち遠しい!


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-quantum computer, 初級