量子情報科学への招待

　量子情報科学というエキサイティングな基礎科学が生まれた。量子コンピューターや量子テレポーテーション，量子暗号などの応用例はその一端にすぎない。複雑で奇妙な量子系を探ると，自然界の新たな高等原理が明らかになる。

　情報は純粋に数学的なものではない。それを具体的に表現する物理的実体を必ず伴っている。在来の情報科学では，情報を表現する物理的実体は古典物理学の法則に従う。これに対し，新たに芽生えてきた量子情報科学では，情報を量子力学の世界に移し替えて扱う。

　古典的情報の基礎資源「ビット」は０か１かいずれかの値をとる。量子情報の場合は「量子ビット（キュービット）」で，０と１を同時に含むような「重ね合わせ状態」をとる。また，複数のキュービットが「量子もつれ」と呼ぶ状態を示すことがある。これは直観的には理解できない奇妙な相関関係だ。

　量子コンピューターは量子もつれ状態にあるキュービットを利用して，これまでのコンピューターよりもはるかに優れた性能を発揮する。量子もつれは量子情報処理に利用される一種の資源だ。熱機関に例えると，エネルギーに相当する。

　量子情報科学の最終的な目標は，複雑な量子系を支配している高等原理を理解することにある。その原理は量子力学の基本法則から生まれてくる。チェスの基本ルールを知っただけでは上手なゲーム運びができないのと同様，基本法則が生み出す高度なルールを知ることが重要だ。

再録：別冊日経サイエンス別冊161　「不思議な量子をあやつる 量子情報科学への招待」