C言語シミュレーションで動作原理をつかむ

摘要

量子状態は，複素数ベクトルとして記述されます.量子コンピュータの実機があっても，この複素数の値には直接アドレスすることはできません.この複素数の絶対値の2乗が確率分布に対応し，ビット列がサンプルされます.従来コンピュータを用いた数値シミュレーションではこの複素数を，愚直にメモリを確保して保持する必要があります.この複素数ベクトルの次元は量子ビットの数について指数的に大きくなります.ここに従来コンピュータで量子コンピュータを表現することの難しさ（互換性のなさ）が顕著に現れます.量子コンピュータの演算ルールは，この複素数べクトルの更新です.更新のルールは単純な行列によって指定されますが，量子ビット数が増えると，この演算が作用しない量子ビットのインデックスについて単純なループ処理が出てきます.物理現象としてはこの操作が完全に並列的に実行されます.H演算.位相回転，CNOTという基本演算から任意の量子計算を構成できるという，万能量子コンピュータを実現できます.