量子コンピュータ用語集30選｜専門用語をいちばんやさしく解説

量子コンピュータにおける情報の最小単位です。ふつうのコンピュータの「ビット」が0か1のどちらか一方しか表せないのに対し、量子ビットは0と1を同時に重ね合わせて持てます。この性質のおかげで、複数の可能性を並行して扱う計算ができます。

1つの量子ビットが、0である状態と1である状態を同時に持っている状態のことです。コインが「表か裏か」ではなく、回転しながら宙に浮いて「表でもあり裏でもある」ようなイメージに近いです。観測した瞬間にどちらか一方に決まります。

2つ以上の量子ビットが、まるで1つの物のように強く結びついている状態です。片方の量子ビットの状態を観測すると、離れた場所にあるもう片方の状態も瞬時に決まります。量子コンピュータが計算能力を発揮するための重要な資源です。

重ね合わせ状態にある量子ビットを「読み出す」操作のことです。観測した瞬間、量子ビットは0か1のどちらか一方に確定します。一度観測してしまうと元の重ね合わせ状態には戻せないため、量子アルゴリズムでは「いつ・何を観測するか」の設計が重要になります。

量子ビットの状態を操作するための基本部品です。ふつうのコンピュータのAND・ORといった論理回路にあたるもので、量子ゲートを組み合わせて量子ビットに重ね合わせやもつれを作り出します。

複数の量子ゲートを並べて作る、量子コンピュータの「計算の設計図」です。左から右へ量子ビットが流れていく図として描かれることが多く、Qiskitなどのツールではこの回路をコードで組み立てます。

量子コンピュータの重ね合わせやもつれといった性質を利用して、問題を解く手順のことです。有名なものにショアのアルゴリズムやグローバーのアルゴリズムがあり、条件がそろえばふつうのコンピュータより高速に答えを出せます。

量子ビットが重ね合わせ状態を保っていられる時間の長さです。量子ビットは周囲の振動や熱、電磁波などの影響で、放っておくとすぐに重ね合わせが崩れてしまいます。この「崩れる」現象をデコヒーレンスと呼び、コヒーレンス時間が長いほど計算に使える時間の余裕があります。

電気抵抗がゼロになる超伝導という現象を利用して作る量子ビットの方式です。IBMやGoogleが採用しており、絶対零度に近い極低温まで冷やして動かします。量子ビット同士を近くに並べやすく、比較的高速に動作します。

電気を帯びたイオン（原子）を空中に浮かせて閉じ込め、レーザー光で操作する量子ビットの方式です。IonQなどが採用しています。コヒーレンス時間が長く精度が高いのが特徴ですが、動作速度は超伝導方式より遅い傾向があります。

超伝導量子ビットを、絶対零度（マイナス273.15℃）にごく近い極低温まで冷やすための特殊な冷却装置です。少しの熱でも量子ビットの状態が崩れてしまうため、量子コンピュータの本体はこの巨大な冷凍機の中に収められています。

量子ビットの状態を乱してしまう、周囲からの望まない影響のことです。温度のゆらぎ、電磁波、装置の不完全さなど原因はさまざまで、計算結果に誤りをもたらします。現在の量子コンピュータの最大の課題のひとつです。

1回の量子ゲート操作がどれだけ正確に行えたかを示す指標です。100%に近いほど誤りが少なく、高性能とされます。逆に「エラー率」は誤りの起きやすさを表し、両者は表裏の関係にあります。

IBMが提唱した、量子コンピュータの総合的な性能を測る指標です。量子ビットの数だけでなく、ノイズの少なさや接続のしやすさなど複数の要素をまとめて数値化します。「量子ビット数が多い＝優秀」とは限らないため、より実力に近い比較ができます。

「ノイズあり中規模量子」の略で、今の量子コンピュータが置かれている発展段階を指す言葉です。量子ビットの数はある程度増えてきたものの、まだノイズが多く、誤り訂正が万全ではない現状を表しています。今の量子コンピュータの多くはこのNISQ時代のものです。

ノイズによって生じる量子ビットの誤りを検出し、修正する技術です。ふつうのコンピュータの誤り訂正と違い、量子ビットは観測すると状態が壊れてしまうため、直接中身を見ずに誤りを見つける特殊な工夫が必要です。

物理量子ビットは実際にチップ上にある量子ビットそのもの、論理量子ビットは複数の物理量子ビットをまとめてエラーに強くした「仮想的な1個の量子ビット」です。信頼できる計算を1つ行うために、数十〜数百個の物理量子ビットが必要になることもあります。

誤り訂正の仕組みを組み込み、多少ノイズがあっても正しい結果を出し続けられる量子計算のことです。NISQの次の段階として目指されている状態で、実現すれば量子コンピュータの実用範囲が大きく広がると期待されています。

特定の（実用目的とは限らない）計算タスクにおいて、量子コンピュータがスーパーコンピュータでは現実的な時間内に解けない問題を解いてみせたことを指します。2019年にGoogleが、2020年に中国の研究チームがそれぞれ達成を発表し話題になりました。

実用的に意味のある問題で、量子コンピュータがふつうのコンピュータより明確に優れた結果を出すことを指します。量子超越性が「特殊な問題での実証実験」だったのに対し、量子優位性は「役に立つ場面での優位」を意味する、より実用寄りの言葉です。

IBMが開発しているオープンソースの量子プログラミングツールです。Python言語で量子回路を組み立て、シミュレータや実機の量子コンピュータで実行できます。量子プログラミングを学ぶ入り口として世界的によく使われています。

ふつうのコンピュータの上で、量子コンピュータの動作を仮想的に再現するソフトウェアです。実機を使わずに量子回路の動作確認ができるため、学習や開発の初期段階でよく利用されます。ただし量子ビット数が増えると計算が急激に重くなります。

大きな数を素因数分解する量子アルゴリズムです。ふつうのコンピュータでは天文学的な時間がかかる素因数分解を高速に解けるため、これを応用すると現在広く使われているRSA暗号などが破られる可能性があるとされ、耐量子暗号への移行が進む理由のひとつになっています。

整理されていないデータの中から目的のものを探す量子アルゴリズムです。ふつうのコンピュータより速く探索できることが数学的に証明されており、データベース検索や最適化問題への応用が期待されています。

「組み合わせ最適化問題」を解くことに特化した量子計算の方式です。ゲート方式の量子コンピュータとは異なるアプローチで、カナダのD-Wave社が実用化を進めています。配送ルートの最適化や在庫配置など、ビジネス応用が比較的進んでいる分野です。

量子コンピュータと従来型コンピュータを組み合わせて、分子のエネルギー状態などを計算するアルゴリズムです。現在のノイズが多いNISQ世代の量子コンピュータでも使いやすい設計になっており、新薬や新素材の開発に向けた研究で注目されています。似た仕組みに、最適化問題向けのQAOA（量子近似最適化アルゴリズム）もあります。

量子コンピュータの計算能力をAI・機械学習に応用しようという研究分野です。大量のデータを効率よく扱えるのではと期待されていますが、実用段階で本当に従来のAIより優れるかはまだ研究途上です。

量子コンピュータの実機やシミュレータを、インターネット経由でレンタルのように利用できるサービスです。IBM Quantum、Amazon Braket、Google Quantum AIなどが提供しており、自分で装置を持たなくても量子プログラミングを試せます。

将来、性能の高い量子コンピュータがショアのアルゴリズムなどで既存の暗号を破ってしまう可能性に備えて設計された、新しい暗号方式です。「ポスト量子暗号（Post-Quantum Cryptography）」とも呼ばれ、量子コンピュータではなく現在のふつうのコンピュータの上で動きます。米国NISTが標準化を進めています。

量子力学の性質を利用して、通信の鍵（暗号を解く合言葉）を安全にやり取りする技術です。盗聴されると量子の状態が変化して検知できる仕組みを使います。耐量子暗号（PQC）がソフトウェアで対策するのに対し、QKDは専用のハードウェアで通信そのものを守る点が異なります。