量子コンピュータはどのように計算するのか

2025/11/29 TokyuRuby会議16

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1. 量子コンピュータは どのように計算するのか 2025/11/29 TokyuRuby会議16 ito-koichi
2. 自己紹介 名前： ito-koichi (伊藤公一)　　X：@itokoichi01X: 言語：Kotlin (サーバーサイド) 　Typescript (フロントエンド) 　Ruby (趣味) 参加コミュニティ：Asakusa.rb、千住.dev、 PicoPicoRuby、三浦半島.rb 趣味で量子コンピュータを勉強してます
3. 量子コンピュータ なんか計算が速いらしい でも、どう計算してるの？
4. 計算のしかた 計算のしかたを比較してみる • CPU • GPU • 量子コンピュータ
5. 例題 ４個の変数の値を変換する • A → A’ • B → B’ • C → C’ • D → D’
6. CPU Step 0 A B C D プロセッサ
7. CPU Step 1 A B C D プロセッサ A’
8. CPU Step 2 A B C D プロセッサ A’ B’
9. CPU Step 4 A B C D プロセッサ A’ B’ C’ D’ 順次処理
10. GPU Step 0 A B C D プロセッサ プロセッサ プロセッサ プロセッサ
11. GPU Step 1 A B C D プロセッサ A’ B’ C’ D’ プロセッサ プロセッサ プロセッサ 並列処理
12. 量子コンピュータ Step 0 A B C D
13. 量子コンピュータ Step 1　量子重ね合わせ状態にエンコードする A B C D 量子重ね合わせ状態 A, B, C, D
14. 量子コンピュータ Step 2　量子ゲートを適用（ユニタリ変換）する A B C D 量子重ね合わせ状態 A’, B’, C’, D’ 量子ゲート A -> A’ B -> B’ C -> C’ D -> D’
15. 量子コンピュータ Step 3　測定して、確率的に結果を得る A B C D B’ 量子重ね合わせ状態 A’, B’, C’, D’
16. 量子コンピュータ Step n　何回も測定して、全部の結果を得る A B C D A’ B’ C’ D’ 量子重ね合わせ状態 A’, B’, C’, D’ 量子重ね合わせ状態のユニタリ変換＋測定
17. 量子コンピュータの計算の特徴① • 量子重ね合わせ状態のまま計算できる　（効率が良い） • 結果は測定により確率的に得られる　　（効率が悪い） ◦ 欲しい結果を効率的に得られるアルゴリズムによって改善できる なので、以下の条件を満たすアルゴリズムが存在する計算は有利 • 重ね合わせ状態を活かせる • 欲しい結果を効率的に得られる
18. 量子コンピュータの計算の特徴② • 量子状態の大空間を利用できる ◦ 量子状態の数　＝　２の「量子ビット数」乗 ◦ 例題では、（古典の）４変数を２量子ビットの重ね合わせで表せる ◦ １０２４個の変数なら１０量子ビットで表せる なので、機械学習など大次元データ空間を使うものを 効率的に扱えるのではないかと期待されている
19. まとめ 計算のしかた • CPU　順次処理 • GPU　並列処理 • 量子コンピュータ　量子重ね合わせ状態のユニタリ変換＋測定 量子コンピュータが有利になる計算もあるが、総合的に適材適所で選択しよう
20. 量子コンピュータを使ってみよう • シミュレータ ◦ webUI ▪ IBM Quantum Composer (https://quantum.cloud.ibm.com/composer) ▪ Quirk (https://algassert.com/quirk) ◦ SDK ▪ Python: Qiskit (https://www.ibm.com/quantum/qiskit) ▪ Ruby: quantum_ruby (https://github.com/AlessandroMinali/quantum_ruby) • すいません、使ったことないです • 実機 ◦ IBM Quantum Platform (https://quantum.cloud.ibm.com/)