ついに、と言いますか、やっとNewton別冊「知識ゼロから理解できる 量子論の世界」（ニュートンプレス）を読了しました。熟読玩味といった感じで味わいました(笑)。
以前にもこのブログに書きましたが、私にとって、量子論というものは全く「未知の世界」でした。学生時代にほとんど習ったことがなく、現代の理論物理学では、この量子論が相対性理論と並ぶ最も重要な学問分野にまで「発展」していることも全く知りませんでした。
量子論の発達のお蔭で、メンデレーエフが発見した化学の周期表の原理と意味が見事に解明されて「量子化学」（パウリの排他律など）となり、生命科学を証明する「量子生物学」（渡り鳥の地磁気探知や光合成）に発展し、量子論の主要セオリーである「量子力学」が量子コンピューターを生み出したと言えます。この量子コンピューターについては、この記事の最後にまた書きます。
前回ブログに書いたことですが、量子とは、粒子と波の性質を併せ持ったミクロな物質のことで、物質をつくっている原子や、その原子を形作っている電子と原子核（陽子と中性子で構成）が代表的なものです。光を粒子として見たときの光子やニュートリノやクォーク、ヒッグス粒子などの素粒子も量子に含まれます。
原子の大きさは１０００万分の１ミリ、原子核の大きさは１億分の１ミリだと言われ、手に取って見られるわけではないことから、量子論とは理論的に導き出された超ミクロの世界の法則と言えます。
そのため、マクロの世界に生きている我々には想像も出来ないことが起きます。それは、前回のブログでも書きましたが、量子論を理解するカギとなる「波と粒子の二面性」と並ぶもう一つの重要項目である「状態の共存」です。状態の共存に関して、私は専門家ではないので、うまく解釈できなかったのですが、「一つの物体が同じ時刻に複数の場所に存在できる」という理論です。仮想的な箱の中に、ミクロの電子が観測後に左側にあることが結果的に分かったとしても、「もともと電子が左側にあった」わけではなく、「左右両方に共存する状態」が観測によって「左側に存在する状態」に変化したと捉えるのです。この理論から「シュレーディンガーのネコ」という思考実験が派生し、「量子のもつれ」という現象も実証されるようになりました。
この「量子のもつれ」は、アインシュタインが晩年に量子論の不完全さを指摘し、不気味な遠隔作用とみなしていた不可思議な連動現象が１９８０年代に実験で証明されたことから脚光を浴びるようになりました。それは、瞬時に影響が遠方に伝わっているのではなく、二つの電子の状態がセットで決まっており、つまり、量子がもつれて個別に決められていないことが分かったというのです。ま、この文章で即理解することは難しいのですが、私はそのまま受け入れることに致しました。
さらに、この「量子のもつれ」の解明によって、量子コンピューターや量子情報理論の発展につながります。光を用いた量子のもつれ実験で量子力学の実験を行い、「量子情報科学」という分野を切り開いた仏、米、墺の３人の研究者に２０２２年度のノーベル物理学賞が授与されましたから、まさに「最先端の科学」として認知されたわけです。
この本の後半では「量子コンピューター」についてページが大半費やされています。２０１９年、米グーグル社の量子コンピューターが、既存のスパコンが解くのに１万年かかった問題を２００秒で解き、「量子コンピューターがスパコンを超えた」と大きな話題になりました。でも、よく読んでいくと、この問題というのは「ランダム量子回路サンプリング」と呼ばれるもので、我々の生活に有用で実用的な問題ではなく、スパコンもその後、この問題の研究が進んで５分で解くことが可能になったといいます。つまるところ、量子コンピューターはまだ一般的に実用段階ではないものの、今後１０年で既存コンピューターが実行できないタスクを実行できるようになる、と専門家は予想しています。
そもそも、既存のコンピューターと量子コンピューターとでは基本のＯＳが全く違います。既存コンピューターは「０」と「１」の世界ですが、量子コンピューターのデータの最小単位は「量子ビット」と呼ばれ、量子の持つ「状態の共存」の性質と「量子のもつれ」から「０でも１でもある」不思議な状態だというのです。これにより、量子コンピューターは既存コンピューターより桁違いの情報量を処理することが出来るというのです。スパコンでも１０億年以上かかると見積もられている６１７桁の素因数分解も、量子コンピューターなら、まだ時間がかかりますが、１０年以内には瞬く間にやってのけると予想されています。この６１７桁の素因数は目下、「暗号方式」に採用されていますから、量子コンピューター時代になると、困ったことにまたイタチごっごが始まるということなのでしょうね。
いやはや、量子論のお蔭で、またまた大変な時代がやって来ることをこの本で知りました。
