用語集 | 量子コンピューティング入門

位相反転（いそうはんてん）

qubit の |1⟩ 成分に -1 の位相を掛けるエラー。古典ビットの反転（bit flip）に加えて、量子ビット特有のエラー種類の 1 つ。 → レッスン 5

誤り閾値（あやまりしきいち）

量子誤り訂正が有効に働く物理 qubit のエラー率の上限。Surface code の閾値は約 1% で、これを下回れば論理 qubit のエラー率を任意に小さくできる（閾値定理）。 → レッスン 5

閾値定理（しきいちていり）

Threshold Theorem。物理 qubit のエラー率が閾値を下回れば、論理 qubit のエラー率を任意に小さくできることを保証する理論。1996-1998 年に複数の研究者が独立に証明。 → レッスン 5

重ね合わせ（かさねあわせ）

Superposition。qubit が |0⟩ と |1⟩ の両方の状態を同時に持つ現象。α|0⟩ + β|1⟩ の形で表現され、|α|² + |β|² = 1 の関係を満たす。 → レッスン 2

古典コンピュータ（こてんこんぴゅーた）

現在の PC・スマホ・サーバー・スパコンをすべて含む、ビット（0/1）で決定論的に計算するコンピュータ。量子コンピュータとの対比で使う用語。 → レッスン 1

光量子（ひかりりょうし）

Photonic Quantum。光子（光の粒子）を qubit として使う量子コンピュータ方式。PsiQuantum・Xanadu が主要プレイヤー。常温動作の可能性、光ファイバー技術との親和性が強み。 → レッスン 4

コヒーレンス時間（こひーれんすじかん）

qubit の重ね合わせが保たれる時間。この時間内に計算を終える必要がある。超伝導方式は短く、イオントラップは長い傾向。 → レッスン 4

超伝導方式（ちょうでんどうほうしき）

Josephson 接合を qubit として使う量子コンピュータ方式。IBM・Google・Rigetti が主要プレイヤー。極低温冷凍機（絶対零度に近く）で動作、qubit 数の増加が比較的容易。 → レッスン 4

中性原子方式（ちゅうせいげんしほうしき）

Neutral Atom。レーザーで捕捉した中性原子（電荷を持たない原子）の内部状態を qubit として使う方式。QuEra・Pasqal が主要プレイヤー。 → レッスン 4

電子的（電磁的）遠隔作用（でんじてきえんかくさよう）

Einstein が「不気味な遠隔作用」と表現した、もつれた qubit 間の距離に依存しない相関。1935 年 EPR パラドックスの中核概念。 → レッスン 2

量子（りょうし）

Quantum。物理学の量子力学、および本コースが扱う量子コンピューティング。「量子化 quantization（AI モデル圧縮）」とは全く別の意味。 → レッスン 1

量子アニーリング（りょうしあにーりんぐ）

Quantum Annealing。量子ゆらぎを利用して最適化問題の最低エネルギー状態を探す方式。D-Wave が代表的で、ゲート型と全く別のパラダイム。Grover や Shor は動かせない。 → レッスン 4

量子暗号（りょうしあんごう）

QKD。Quantum Key Distribution。量子力学の原理（no-cloning、測定の破壊性）を使って安全な鍵配送を実現する技術。BB84 が代表プロトコル。 → レッスン 7

量子ゲート（りょうしげーと）

qubit を操作する基本演算。可逆・ユニタリ変換・線形性の 3 特徴を持ち、Hadamard・Pauli・CNOT が 3 大基本ゲート。 → レッスン 3

量子化（りょうしか）

Quantization。AI モデルの数値精度を落として計算量を減らす古典コンピュータ側の技術（float32 → int8 など）。「量子 quantum」とは全く別の意味。既刊 AI 系入門コースで詳述。 → レッスン 1

量子回路（りょうしかいろ）

複数の量子ゲートを組み合わせた量子計算の実行構造。古典論理回路と根本的に発想が異なり、可逆性と重ね合わせを前提とする。 → レッスン 3

量子化学（りょうしかがく）

分子のエネルギー計算とタンパク質相互作用のシミュレーション。Feynman 1982 の想定した「量子系のシミュレーション」の直接的な応用領域。創薬・触媒設計・材料設計で期待される。 → レッスン 6

量子機械学習（りょうしきかいがくしゅう）

Quantum Machine Learning、QML。量子コンピュータで機械学習を高速化・高精度化する試み。QSVM、QNN、量子強化学習など。古典の深層学習の急進で優位実証が難しくなっている。 → レッスン 6

量子計算（りょうしけいさん）

Quantum Computing。qubit を使った計算。古典計算とは問題の種類が違う。 → 全レッスン

量子コンピューティング（りょうしこんぴゅーてぃんぐ）

量子コンピュータを使った情報処理。ハードウェア・ソフトウェア・アルゴリズム・応用を含む総称。 → 全レッスン

量子コンピュータ（りょうしこんぴゅーた）

qubit を基本単位に計算する装置。特定の問題領域で古典コンピュータより高速な可能性があるが、汎用性は古典より狭い。 → 全レッスン

量子誤り訂正（りょうしあやまりていせい）

Quantum Error Correction、QEC。物理 qubit のエラーを論理 qubit のレベルで訂正する技術。no-cloning・測定の破壊性で古典より根本的に難しい。Shor code 1995、Steane code 1996、Surface code が代表。 → レッスン 5

量子超越（りょうしちょうえつ）

Quantum Supremacy。特定の問題で量子コンピュータが古典スパコンより高速に解けることを実証すること。Google Sycamore が 2019 年 10 月 23 日に達成発表。ただし解いた問題は特殊で、実用性は限定的。 → レッスン 4

量子鍵配送（りょうしかぎはいそう）

「量子暗号」参照。QKD。 → レッスン 7

量子ビット（りょうしびっと）

qubit の日本語訳。「qubit」参照。 → レッスン 2

量子未来社会ビジョン（りょうしみらいしゃかいびじょん）

内閣府が 2022 年 4 月 22 日に公表した日本の量子技術戦略。量子コンピューティング・量子通信・量子計測の 3 分野で研究開発を推進。 → レッスン 4

量子優位性（りょうしゆういせい）

Quantum Advantage。実用的な問題で量子コンピュータが古典より優位であることを示すこと。量子超越とは別物で、実用性を伴う。実現時期と領域は問題領域ごとに違う。 → レッスン 4

レンジ（れんじ）

本コースでは扱わない量子光学の用語。 → 該当なし

AES （Advanced Encryption Standard）

共通鍵暗号の標準。Grover アルゴリズムで √N 加速される程度で、鍵長を 2 倍にすれば対策できる範囲。量子時代でも生き残る暗号。 → レッスン 7

BB84 プロトコル

Charles Bennett（IBM）と Gilles Brassard（モントリオール大学）が 1984 年に提唱した最初の QKD プロトコル。名前は BB（Bennett & Brassard）と 84（発表年）から。 → レッスン 7

CNOT ゲート

Controlled-NOT ゲート。2 qubit ゲートで、制御 qubit が |1⟩ のとき標的 qubit を反転させる。Hadamard + CNOT の 2 段組みでベル状態を生成できる。 → レッスン 3

D-Wave

2011 年 5 月に世界初の商用量子アニーリング装置 D-Wave One を発表。以降 D-Wave Advantage（5,000+ qubit）まで進化。ゲート型と全く別のパラダイム。 → レッスン 4

David Deutsch

1985 年に最初の量子アルゴリズム（Deutsch アルゴリズム）を発表した量子計算の先駆者。「量子コンピュータが古典より本質的に速い問題が存在する」ことを初めて示した。 → レッスン 3

Dirac 記法

量子力学で標準的な記法。|0⟩、|1⟩ でケットベクトルを、〈0|、〈1| でブラベクトルを表す。α|0⟩ + β|1⟩ が重ね合わせ状態の一般形。 → レッスン 2

EPR パラドックス

Einstein、Podolsky、Rosen が 1935 年に論文で議論した思考実験。もつれた粒子の遠隔作用に対する Einstein の違和感が起点。その後の実験で「相関の確認であり情報伝達ではない」と整理された。 → レッスン 2

FIPS 203 / 204 / 205

NIST PQC 標準。2024 年 8 月 13 日確定。FIPS 203（ML-KEM/CRYSTALS-Kyber、格子暗号）、FIPS 204（ML-DSA/CRYSTALS-Dilithium、格子暗号）、FIPS 205（SLH-DSA/SPHINCS+、ハッシュベース）。 → レッスン 7

FTQC （Fault-Tolerant Quantum Computing）

誤り耐性量子コンピュータ。量子誤り訂正が有効に機能し、任意の深い回路を高精度に実行できる将来の量子コンピュータ。2030 年〜2040 年の実用化を目指すロードマップが多い。 → レッスン 5

Google Quantum AI

Google の量子コンピュータ研究部門。2019 年 10 月 Sycamore で「量子超越」達成、2023 年 2 月に Surface code エラー抑制を Nature に発表。 → レッスン 4、5

Grover アルゴリズム

Lov Grover が 1996 年に発表した探索アルゴリズム。N 個の要素から特定の要素を √N 倍高速に探索できる。AES などの共通鍵暗号に限定的な影響。 → レッスン 3

Hadamard ゲート

決定的な状態から重ね合わせを作る 1 qubit ゲート。|0⟩ を (|0⟩ + |1⟩) / √2 に、|1⟩ を (|0⟩ - |1⟩) / √2 に変換。ほぼすべての量子アルゴリズムの最初に使われる。 → レッスン 3

Harvest Now Decrypt Later

攻撃者が今の RSA/ECC 暗号化通信を盗聴・保管し、将来 Shor が実用化した時点で復号する攻撃モデル。長期機密性が必要な情報を扱う組織は PQC 移行を今から計画する必要がある。 → レッスン 7

IBM Quantum

IBM の量子コンピュータ研究・商用化部門。2016 年 5 月に IBM Quantum Network を発足、クラウド経由の商用化を先導。Osprey 433 qubit（2022/11）、Condor 1,121 qubit（2023/12）を発表。 → レッスン 4

IBM Qiskit

IBM が提供する量子コンピューティング開発フレームワーク。公式無料テキスト Qiskit Textbook がある。企業 PoC の第一候補として推奨。 → レッスン 4、8

IonQ

2015 年設立、2021 年 10 月に NYSE 上場（SPAC 経由）のイオントラップ方式代表企業。 → レッスン 4

NISQ （Noisy Intermediate-Scale Quantum）

現在の量子コンピュータの位置。John Preskill が 2018 年に提唱。ノイズが多く、中規模（数十〜数千 qubit）、量子誤り訂正なしの 3 特徴。 → レッスン 5

no-cloning 定理

1982 年に Wootters・Zurek・Dieks が独立に証明。「任意の未知の量子状態を、完全に複製することはできない」ことを保証。QKD の安全性の理論的裏付け。 → レッスン 2

Pauli ゲート（X, Y, Z ゲート）

1 qubit の基本ゲート。X は古典 NOT、Y は Y 軸周りの 180 度回転、Z は |1⟩ に -1 位相を掛ける。 → レッスン 3

Peter Shor

1994 年に Shor アルゴリズム（素因数分解の指数加速）、1995 年に Shor code（量子誤り訂正の最初の突破口）を発表した量子計算の主要研究者。 → レッスン 3、5

PQC （Post-Quantum Cryptography）

耐量子暗号。量子コンピュータでも破れないと期待される古典コンピュータで動く暗号。格子暗号（現在最有力）、符号ベース、多変数多項式、ハッシュベースが主要方式。NIST が 2024 年 8 月 13 日に FIPS 203/204/205 を確定。 → レッスン 7

PsiQuantum

2016 年設立の光量子方式の代表企業。100 万 qubit 級 FTQC を目指す長期ビジョン。 → レッスン 4

QAOA （Quantum Approximate Optimization Algorithm）

Farhi、Goldstone、Gutmann が 2014 年に提唱した組合せ最適化アルゴリズム。NISQ 時代のハイブリッド型アルゴリズムの代表。 → レッスン 6

QKD （Quantum Key Distribution）

量子鍵配送。量子力学の原理を使って安全な鍵配送を実現する技術。BB84 プロトコル 1984 が代表。 → レッスン 7

QNN （Quantum Neural Network）

量子ニューラルネットワーク。量子機械学習の主要アルゴリズムの 1 つ。 → レッスン 6

QSVM （Quantum Support Vector Machine）

量子サポートベクターマシン。カーネル法の量子版。量子機械学習の主要アルゴリズムの 1 つ。 → レッスン 6

qubit （キュビット、量子ビット）

Quantum Bit。量子コンピュータの基本単位。0 と 1 の重ね合わせ状態を持つ。n qubit で 2^n 通りの状態を同時に扱える。 → レッスン 2

Quantinuum

2021 年 11 月に Honeywell Quantum Solutions と Cambridge Quantum が統合して設立された、イオントラップ方式の技術リーダー。 → レッスン 4

QuEra Computing

2018 年設立、ハーバード・MIT 起源の中性原子方式代表企業。 → レッスン 4

Rigetti Computing

2013 年設立、2022 年 3 月に Nasdaq 上場の超伝導方式企業。 → レッスン 4

RSA

公開鍵暗号の代表。素因数分解の困難性に依存する。Shor アルゴリズムで破られる。RSA-2048 を破るには数百万 qubit の FTQC が必要と推定。 → レッスン 7

Shor アルゴリズム

Peter Shor が 1994 年に発表した、大きな整数の素因数分解を指数加速で解くアルゴリズム。RSA・ECC を破ることができ、暗号世界の 30 年の再設計を促した。 → レッスン 3、7

Shor code

1995 年に Peter Shor が発表した量子誤り訂正の最初の突破口。1 論理 qubit を 9 物理 qubit で冗長化。 → レッスン 5

Steane code

1996 年に Andrew Steane が発表した、7 qubit で 1 論理 qubit を冗長化する CSS 符号の代表例。 → レッスン 5

Surface code

Kitaev らが 1997 年に提唱した、2 次元格子上の量子誤り訂正符号。現在最も現実的な FTQC 候補。Google が 2023 年 2 月に Nature でエラー抑制を実験実証。 → レッスン 5

VQE （Variational Quantum Eigensolver）

Peruzzo らが 2014 年に発表した量子系のエネルギー最低状態を求めるアルゴリズム。量子化学と組合せ最適化の両方に応用。NISQ 時代の主力アルゴリズム。 → レッスン 6

墨子号（ぼくしごう）

中国科学技術大学 Pan Jian-Wei が主導した QKD 衛星。2016 年 8 月打ち上げ、2017 年に 1,200 km 級の QKD 実験に成功。 → レッスン 7

叡（かなえ）

理化学研究所が 2023 年 3 月 27 日にクラウド公開した国産初の 64 qubit 超伝導量子コンピュータ。日本の産学連携の象徴的な成果。 → レッスン 4