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量子コンピュータはどのように計算するのか
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ito-koichi
November 29, 2025
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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
November 29, 2025
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Transcript
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
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
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?
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
例題 4個の変数の値を変換する • A → A’ • B → B’
• C → C’ • D → D’
CPU Step 0 A B C D プロセッサ
CPU Step 1 A B C D プロセッサ A’
CPU Step 2 A B C D プロセッサ A’ B’
CPU Step 4 A B C D プロセッサ A’ B’
C’ D’ 順次処理
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
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
量子コンピュータ Step 0 A B C D
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
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’
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’
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
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
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
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
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/)