量子コンピュータ（quantum computer）

分類: テクノロジ系コンピュータ構成要素
出る試験: 基本情報応用情報
重要度: ★★☆☆☆

0と1が重なった状態をとる量子ビットを使い、複数の状態を同時に扱って計算するコンピュータ。

もう少し詳しい説明

量子コンピュータは、0と1が重なった状態を使って計算するコンピュータです。いまのコンピュータとは、計算のしかたの土台が違います。

いまのコンピュータとの違い

いまのコンピュータは、1本の線が0か1のどちらかに確定していることを前提に動いています。これがビットです。2ビットあれば「00・01・10・11」の4通りを表せますが、ある瞬間に表しているのは、そのうち1通りだけです。

量子コンピュータが使う量子ビット（キュービット）は、0と1が重なった状態をとれます。これを重ね合わせと呼びます。

重ね合わせを使うと、2量子ビットで4通りを同時に抱えたまま計算を進められます。3量子ビットなら8通り、N量子ビットなら2のN乗通りです。量子ビットを1つ増やすごとに、同時に扱える状態が2倍になる、ということです。

ただし「全部の答えが一度に出る」わけではありません。 最後に結果を読み取る（観測する）と、重ね合わせは1つの状態に決まってしまいます。そのため、欲しい答えが読み取られやすくなるように計算を組む必要があります。この組み方が量子アルゴリズムです。

もう1つの重要な性質が量子もつれです。複数の量子ビットが結びついて、一方を観測するともう一方の状態も決まるという関係になります。量子ビットどうしを連動させて計算するために使われます。

2つの方式

量子コンピュータには、大きく2つの作り方があります。何に使えるかが違うので、ここは区別して覚える価値があります。

	量子ゲート方式	量子アニーリング方式
考え方	量子ビットに操作（ゲート）を順に加えて計算する	エネルギーが最も低い状態に落ち着かせて答えを得る
解ける問題	幅広い（汎用）	組合せ最適化に限られる
代表的な用途	素因数分解、量子化学計算	配送ルート、人員配置、交通の最適化
実用の度合い	研究段階	一部で実用が始まっている

量子ゲート方式は汎用で、いまのコンピュータの延長として「どんな計算にも使える」方向を目指しています。ただし必要な量子ビット数と精度が高く、まだ研究段階です。

量子アニーリング方式は専用です。「たくさんの組み合わせの中から一番よいものを選ぶ」という問題だけに使えます。汎用性はありませんが、物流や配送計画などで実際に使われ始めています。

何が速くなるのか

あらゆる計算が速くなるわけではありません。 ここは誤解されやすい点で、試験でも誤った選択肢として出ます。

速くなるとされているのは、主に次のような種類です。

素因数分解 … 大きな数を素数の積に分解する。ショアのアルゴリズム
組合せ最適化 … 膨大な組み合わせから最適なものを探す
量子化学計算 … 分子や材料のふるまいの計算

表計算や文書作成のような日常の処理は、量子コンピュータにしても速くなりません。いまのコンピュータを置き換えるものではなく、特定の計算を任せる相棒という位置づけです。

暗号への影響

素因数分解が速くできるという点が、情報セキュリティに直結します。

公開鍵暗号方式のうちRSAは、大きな数の素因数分解が現実的な時間ではできないことを安全性の根拠にしています。量子コンピュータがこれを破れる規模になると、この根拠が崩れます。

そこで、量子コンピュータでも破れないとされる暗号方式への移行が進められています。耐量子計算機暗号（PQC）と呼ばれ、標準化と移行計画づくりが各国で動いています。「将来の脅威」ですが、いま暗号化（中身を読めない形に変えること）して保存されたデータが将来解読される可能性があるため、備えは現在進行中の課題です。

現在の課題

実用化を妨げているのは、主に3つです。

誤りが起きやすい … 重ね合わせの状態は、わずかな熱や電磁波で壊れます（デコヒーレンス）。誤りを訂正する仕組みに、たくさんの量子ビットを使う必要があります
極低温が必要 … 多くの方式では、絶対零度近くまで冷やす大掛かりな装置が要ります
量子ビットを増やしにくい … 数を増やすと誤りも増えるため、単純に積み上げられません

そのため現在は、誤りを完全には訂正できない中規模の装置で何ができるかを探る段階にあります。誤りをきちんと訂正できる段階に進むのはまだ先で、いますぐ業務で使える道具ではない、というのが正確な現状です。

試験ではこう出る

科目A（旧・午前）では、量子コンピュータの特徴を選ばせる形で出ます。正解は「重ね合わせの状態をとる量子ビットを使い、複数の状態を同時に表現する」という線で書かれています。

誤りの選択肢として典型的なのは次の2つです。

「あらゆる計算が速くなる」→ 誤り。速くなるのは特定の種類の計算だけ
「ビットを高速に切り替える」→ 誤り。これは従来型の高速化の説明

ゲート方式とアニーリング方式の区別も問われます。「組合せ最適化に特化」と書いてあればアニーリング方式です。

セキュリティ分野と組み合わせて、RSA暗号の安全性への影響や耐量子計算機暗号が問われることもあります。

ミニクイズ

量子コンピュータの特徴に関する記述として、適切なものはどれか。

正解は 1番：0と1の重ね合わせ状態をとる量子ビットを使い、複数の状態を同時に表現して計算する

量子コンピュータは、0と1が重なり合った状態をとる量子ビットを使い、複数の状態を同時に表現したまま計算を進めます。ビットを高速に切り替えるのは従来型の高速化の話です。また、速くなるのは素因数分解や組合せ最適化など特定の種類の計算に限られ、あらゆる計算が速くなるわけではありません。重ね合わせの状態は外部の影響で壊れやすく、極低温に冷やす必要があるものが多いため、小型化や常温動作は現在の課題です。

間違えた用語の復習リストを見る →

この分野をまとめて解く → コンピュータ構成要素とハードウェアのミニテスト（全33問）

最終更新：2026-10-12