入門講義 量子コンピュータ(ニュウモンコウギリョウシコンピュータ)

【「量子コンピュータの全貌を俯瞰する類を見ない入門書」--西森秀稔】

どう動くのか? 何の役に立つのか? 基礎原理からよくわかる! 量子力学の原理をもとにしたまったく新しい計算機「量子コンピュータ」。その不思議な性質と驚きの性能を初歩の物理から解説する。「量子コンピュータはこうして動くのか!」と納得して膝を打つ、またとない入門書。

《目次》
第 1 章 量子コンピュータの概要
1.1 量子の世界
1.2 量子コンピュータと古典コンピュータ
1.3 量子コンピュータの歴史
1.4 量子コンピュータの種類と開発の現状
第 2 章 量子の不思議な振る舞いと量子コンピュータ
2.1 「量子テーマパーク」へようこそ
2.2 量子コンピュータへ
第 3 章 量子アルゴリズム
3.1 グローバーの量子探索アルゴリズムと暗号
3.2 ショアの素因数分解アルゴリズムと RSA 暗号
3.3 量子コンピュータと暗号
3.4 その他の量子アルゴリズム
第 4 章 量子ビットの候補と開発状況
4.1 量子ビット候補:概観
4.2 量子ビット候補の概要
第 5 章 量子ゲート方式コンピュータ
5.1 汎用量子計算モデル
5.2 量子回路計算モデルと量子ゲート
5.3 量子ビットの操作
5.4 いろいろなアルゴリズムとその量子回路図の例
5.5 量子プログラミング言語
5.6 量子誤り訂正
第 6 章 量子アニーリング方式コンピュータ
6.1 組み合わせ最適化問題
6.2 量子アニーリング法
6.3 量子アニーラ:D-Wave
6.4 準量子アニーラ
6.5 古典アニーラ
第 7 章 量子コンピュータの開発状況と展望
7.1 量子コンピュータへの投資・研究状況
7.2 企業・研究機関での量子コンピュータ開発戦略
7.3 量子コンピュータの展望
付録 A 量子ビットと量子ゲートの数式
付録 B 量子アルゴリズムの数式と量子回路
付録 C シュレーディンガー方程式
付録 D 計算量理論
第 1 章 量子コンピュータの概要
1.1 量子の世界
1.2 量子コンピュータと古典コンピュータ
1.3 量子コンピュータの歴史
1.4 量子コンピュータの種類と開発の現状
第 2 章 量子の不思議な振る舞いと量子コンピュータ
2.1 「量子テーマパーク」へようこそ
2.2 量子コンピュータへ
第 3 章 量子アルゴリズム
3.1 グローバーの量子探索アルゴリズムと暗号
3.2 ショアの素因数分解アルゴリズムと RSA 暗号
3.3 量子コンピュータと暗号
3.4 その他の量子アルゴリズム
第 4 章 量子ビットの候補と開発状況
4.1 量子ビット候補:概観
4.2 量子ビット候補の概要
第 5 章 量子ゲート方式コンピュータ
5.1 汎用量子計算モデル
5.2 量子回路計算モデルと量子ゲート
5.3 量子ビットの操作
5.4 いろいろなアルゴリズムとその量子回路図の例
5.5 量子プログラミング言語
5.6 量子誤り訂正
第 6 章 量子アニーリング方式コンピュータ
6.1 組み合わせ最適化問題
6.2 量子アニーリング法
6.3 量子アニーラ:D-Wave
6.4 準量子アニーラ
6.5 古典アニーラ
第 7 章 量子コンピュータの開発状況と展望
7.1 量子コンピュータへの投資・研究状況
7.2 企業・研究機関での量子コンピュータ開発戦略
7.3 量子コンピュータの展望
付録 A 量子ビットと量子ゲートの数式
付録 B 量子アルゴリズムの数式と量子回路
付録 C シュレーディンガー方程式
付録 D 計算量理論

量子コンピュータという言葉を耳にする機会は増えたものの、その仕組みを理解しようとすると量子力学と線形代数の壁が立ちはだかります。本書は講談社から刊行された講義形式のテキストで、著者の渡邊靖志氏が大学での講義経験をもとに、量子ビット・量子ゲート・量子アルゴリズムの基本を数式とともに段階的に解説しています。

「入門」と銘打たれていますが、高校数学だけで読み通せる本ではありません。行列の積や複素数の演算に抵抗がない程度の線形代数の知識を前提としています。その代わり、数式を省略せずに手順を追えるため、読者が計算を自分で再現しながら理解を固められる構成です。ショアのアルゴリズムやグローバーの探索といった代表的な量子アルゴリズムを「なぜ古典計算機より速いのか」という原理から追えるのが本書の強みです。

量子コンピュータの全体像をビジネス視点で俯瞰したい人には数式の多さが負担になりますが、情報系・物理系の学部生や、古典計算機の知識を持つエンジニアが原理レベルで理解したいときに力を発揮する一冊です。