量子コンピュータの研究室はここが日本初、という大阪大学基礎工学研究科・藤井啓祐教授にインタビューしました！文系出身者の目線から、量子コンピュータってそもそもどんなもの？ビジネスになるの？という疑問を掘り下げます。

ーー 先生の研究内容を教えてください。
僕がしているのは理論研究で、量子コンピュータをどうやったら作れるか、どのように使うか、どういう問題が解けるか、どういうアプリケーションにつながるかなど、実際に実験をして量子コンピュータのハードウェアを作る以外は全部やっています。

量子コンピュータは、物理学と情報科学というとても離れた分野の融合領域です。いわゆる量子情報分野ですが、量子力学で記述される物理世界に情報科学的な概念を導入し、より良く物理を理解する、新しい観点で物理を切り開く、そこで得られた理解に基づいた物理現象を使って情報処理をする分野を引っくるめた総称です。

ーー 一般人にわかりやすく量子コンピュータの説明をお願いします。
難しいですよね。基本的に、周りの現象を理解するのが物理学。物理学の最も基本的なルール、つまりミクロな世界で適用できるのが量子力学です。

量子力学は、身の回りのテクノロジーに影で使われてきました。たとえば半導体ですが、今僕らが使っているコンピュータの計算している素子も、半導体でできています。半導体を理解するためには、量子力学が必須です。他にもレーザーポイントのレーザーの光が、なぜあんなに真っ直ぐ出ているか理解するのも量子力学が必要ですね。

ただ、理解するのに量子力学は必須とはいえ、起こっているのはそんなにミステリアスなことではなく、スイッチがON/OFFになったり、光が出たりといった現象です。そこで起きている現象は「量子力学的」な現象ではありません。

しかし量子力学はもっと不思議で、量子力学で許されているルールを最大限に活用すると、我々の日常的な直感を超えた現象はたくさんあります。

普通の世界観では、ある粒子が右にいてそれと同時に左にもいる、分身が世の中に存在して、どちらが本物か本質的に確定しないといったよくわからない現象は絶対起こりませんが、「重ね合わせの現象」という量子力学の世界ではそういった現象が起こり得ます。

ミクロの量子力学の世界は、物事が確実にある値を取るという世界観ではないのです。そういう不思議な現象を表舞台に引っ張り出して、むしろ逆に情報処理をするルールを量子力学に焼き直して情報処理するのが量子情報処理です。

量子力学のルールに基づいてコンピュータを作り直すのが量子コンピュータなので、我々の古典的な直感の世界観で作られたコンピュータではできないことが、当然できるようになる。

ものすごく早く計算できる、絶対破れないセキュリティシステムを実現できるなど、量子力学は非常に不思議なので、そのまま不思議なことができるはずです。そうした物理のルールを使って、コンピュータを作り直すのが量子コンピュータです。

ーー 将来応用できそうな量子コンピュータの使い方だと、どんなものが考えられますか？
計算が早くなるのは色々な問題に繋がっていて、たとえば人工光合成ができればエネルギー問題解決と結びつきますが、なぜ人工光合成が実現していないかというと、そもそも生物が長い年月をかけて作り上げてきた光合成というシステムが、よくわかっていないからです。

目の前に当たり前にあるものでも、どうなっているかは明らかになっていない。ミクロな世界で電子が光を受け取り、複雑な量子力学的なプロセスがあり、それがよくわからないエネルギーに変わっています。我々物理学者が持っている道具は、実験するか、スーパーコンピュータなどを使ってシュミレーションするかのふたつです。しかしスパコンの計算原理を使っても、電子は量子力学で動いているので、互換性がありません。

しかし、量子力学で動いている量子コンピュータなら、電子やミクロな世界の振る舞いをありのままにシュミレーションできます。なので、そういうものを使って光合成の仕組みを解明したり、光合成だけではなく創薬、触媒などにも繋がるかもしれません。

いま農業の肥料は、アンモニアなどを生成するとき空気中の窒素を固定化しないといけないのですが、世界でどれくらいエネルギーを使っているか知っていますか？

ーー わからないです。。
エネルギーのうち数%くらい、つまりとても使われているんです。1年間で人類が消費するエネルギーの数%は、空気中の窒素を固定化するために使っている。より少ないエネルギーで固定化する方法も、昔高校物理で習ったような古典的な手法が未だに使われています。

良い触媒などがあれば、効率良くアンモニア生成が固定化できます。なぜそういう触媒が見つかっていないかというと、やはりどういうメカニズムで触媒が機能しているかがよくわかっていないからです。

生命活動もそうですし、太陽のエネルギーをうまく使うなど、身の回りの現象は化学プロセスで起こっていることが多いです。そうした化学プロセスを理解するのは、従来のコンピュータではすごく難しい。

スパコン、京コンピュータなどでも足りないから、何台も作って現状は回していますが、やはり分子などは量子力学がターゲットになっているので、従来のいわゆる量子でない（僕らは古典と呼びますが）古典のコンピュータでは簡単には計算できない。

だから量子コンピュータができることにより、身の回りのプロセスの理解が進んだり、純粋に量子力学で必須とされる物理世界の理解が深まるなど、学問的探究で役立つのもあります。

あとAIを加速するのは、バズワード的に期待されていますね。計算資源は社会インフラになっているので、従来コンピュータができない計算ができるようになるだけで、パラダイムが変わるのが期待されています。

セキュリティ面では、今はクラウドで全部処理しているので、たとえばGoogleは意図して覗いているかどうかはわからないですが、全部わかってしまうわけです。けれども、量子コンピュータがあり、それが量子のネットワークに繋がっている社会が実現すると、サーバーがクラウド側にどういう情報を上げているかが原理的にわからないような、クラウドの量子システムのようなものが作れます。

悪用されるかもしれないので良いかどうかは別として、セキュリティの質的にも量的にも全く従来の情報処理のパラダイムでは考えられないようなことができるのが量子コンピュータの面白いところであり、量子技術のすごいところですね。

ーー ビジネスに活かせそうな匂いもプンプンしますが、実際に実装するとなると量子力学の理解も必要で、難しそうですね。

基礎物理の中では圧倒的に応用に近い分野ですね。量子技術は、基礎研究と社会実装が表裏一体になっているので産業に近く、なんならセキュリティの証明は量子力学のかなり基礎的なところを使うので、基礎になればなるほど実用的なところで重要な結果が生まれます。非常に現代の自然科学の分野でレアな分野だと思います。

一方、ガンガン儲かりますか？というとまだまだ発展途上中なので、本当に大規模な量子コンピュータでものすごいスパコンでもできないような役に立つ計算ができるような量子コンピュータというのはあと20年くらいかかると思います。

Google、IBMなどは現在進行形で小規模な量子コンピュータを作っていて、それが使えるような時代になっていて、そういうのが次の5年で社会を変えるかというとわからないですね。

変えるような使い方を僕らが見つけることができるかもしれないし、できないかもしれない。それをみんな競い合って研究しています。
アカデミックサイドだけでなく世界中で量子コンピュータのベンチャーが立ち上がっていて（僕らも最近ベンチャーを立ち上げました）、大学や国の研究所だけではなく、民間も含めて色々なプレイヤーが参入して人が増え、とても多様な考え方で量子コンピュータの活用方法を考えています。

次の5年でガラッと状況は変わると思いますが、そんなに簡単にみんな量子コンピュータのユーザになっているような社会が来るとは思えないですけどね。

ーー 夢があるけど、それで今稼ごうと思っても難しいと。
そうですね。まず従来のコンピュータって安すぎるでしょ。10万、20万でかなり高性能なコンピュータが買える。1970年代に真空管いっぱい並べて国家プロジェクトで作っていたコンピュータより圧倒的に速い。

そういう時代になってしまっているので、いきなり今出てきたばかりの量子が比較されているというので、なかなか状況はつらいですね。

コンピュータに費やされた資金は世界中で相当な額だと思いますが、量子コンピュータが本気でハードウェアを作り出したのが、ここ5年10年なので、全然プレイヤーの数も投資された金額も違う。

そんな量子コンピュータがスパコンとガチ勝負して、やっと勝ったのが2019年10月で、これは歴史的瞬間です。まだまだひ弱な量子コンピュータですが、計算原理は全然違うので、なかなかロマンがある話だと思います。

ーー ありがとうございます。最後に、量子コンピュータを勉強したいなら何の本を読めばいいですか？
僕の本ですね（笑）

あの本を書いたのは、量子はハードルが高く、デタラメな情報がたくさんネットに転がっているからです。

たとえば日本で素粒子物理が強いのは、優秀な人が勉強したいと思って人が集まっているからもあります。量子コンピュータもそうなりつつあり、優秀な高校生、大学生が研究したいキーワードとして挙げていて、その人たちをどんどん育てていかないといけませんが、デタラメな情報に接すると、一気に熱が冷めたりがっかりしたりするのを垣間見てきました。

読んで理解するには少し難しくても、ちゃんと筋の通った本格的なことを伝えないと、将来を担っていくような研究者が出てこない。アウトリーチ活動が次世代を育てるので、忙しくても自分がやらないといけないと思い、力を入れて書きました。

藤井先生、ありがとうございました！量子コンピュータのことを全く知らない方には新鮮味ある内容だったのではないでしょうか。
私も物理アレルギーが少し改善された気がします。これからの時代の教養のために、私もさっそく『驚異の量子コンピュータ』を買ってみようと思います。