| プロローグ 5 |
| 第1章 量子計算でできること 12 |
| 1.1 コンピュータに解ける問題、解けない問題 12 |
| 最近のコンピュータの計算能力 12 |
| コンピュータに「計算不可能な」問題とは？ 13 |
| 旅行の荷造りは「解けない」問題？ 16 |
| ほかにもある「解けない問題」 18 |
| 1.2 スーパーコンピュータにも解けない因数分解 20 |
| 因数分解は難しい？ 20 |
| 秘密の鍵を伝える 20 |
| 1.3 量子の力で超高速計算 24 |
| 因数分解は量子コンピュータで簡単に解ける 24 |
| 量子コンピュータには得意な問題がある 26 |
| 第2章 「量子」とはなにか 28 |
| 2.1 量子計算はなぜ「量子」計算？ 28 |
| 2.2 光は粒？ それとも波？ 29 |
| 光とは何か 29 |
| 光の粒子説 30 |
| 波の性質 31 |
| 波と位相 33 |
| 光の波動説 34 |
| 光はほんとうに波？ 36 |
| 2.3 アインシュタインの光量子 38 |
| 光電効果の発見 38 |
| アインシュタインと光量子仮説 40 |
| 光のエネルギーには最小の単位がある 41 |
| 光量子で光電効果もすっきり説明 42 |
| 2.4 結局、光とは？ 44 |
| 光のエネルギーには基本単位がある 44 |
| 光子に気がつかなかった理由 45 |
| 2.5 波の性質を持つ粒子 46 |
| 水素原子のなぞ 46 |
| 電子波と電子顕微鏡 48 |
| 物質も波の性質を持つ？ 49 |
| 再び「量子」とは 52 |
| 第3章 量子の不思議 53 |
| 3.1 量子力学は難しい？ 53 |
| MIB(メン・イン・ブラック)と量子力学 53 |
| どうしても必要な量子力学のエッセンス 55 |
| 3.2 不確定な関係 56 |
| 光の偏光と偏光フィルタ 56 |
| 光の偏光を区別する「偏光ビームスプリッタ」 58 |
| 光子の偏光 60 |
| 3.3 光と干渉 63 |
| 光を分ける半透鏡 63 |
| 干渉計の出力 64 |
| 経路の長さが等しいとき 66 |
| 干渉計と位相差 67 |
| 3.4 光子・確率波・重ね合わせ状態 68 |
| 半透鏡は光子を弾くのだろうか？ 68 |
| 光子を干渉計に入射すると？ 69 |
| 光子と確率波 71 |
| 重ね合わせ状態 73 |
| 重ね合わせ状態を「壊す」 73 |
| 光を当てずにものを見る？ 76 |
| 3.5 まとめ 78 |
| 第4章 「量子」を使った計算機 79 |
| 4.1 量子コンピュータの誕生 79 |
| 量子コンピュータの生みの親ドイチュ 79 |
| 計算機も物理法則にしたがう 80 |
| ファインマンと量子コンピュータ 81 |
| 重ね合わせ状態を用いた超並列処理 83 |
| 4.2 現在のコンピュータのしくみ:ビットと論理回路 85 |
| ビットとは？ 85 |
| 2進法とビット 86 |
| モールス符号とデジタルカメラ 87 |
| ビットと演算 91 |
| コンピュ一夕の構成 91 |
| 2倍する具体的な手順 92 |
| プログラム言語 95 |
| 論理ゲート 96 |
| 論理回路の例 99 |
| 4.3 量子ビットと量子コンピュータ 101 |
| 量子ビット 101 |
| 3次元で表される量子ビット 103 |
| 量子ビットの数式による表記方法 106 |
| 量子コンピュータの構成 109 |
| 4.4 量子ゲートと量子論理回路 112 |
| 量子ゲート 112 |
| 回転ゲート 113 |
| アダマールゲート 115 |
| 制御ノットゲート 116 |
| 量子もつれ合い 119 |
| 可逆と不可逆 120 |
| 足し算用の量子回路 121 |
| 重ね合わせの計算結果を生かすには？ 125 |
| 第5章 量子アルゴリズム 128 |
| 5.1 アルゴリズムと量子コンピュータ 128 |
| アルゴリズム、プログラム、論理回路 128 |
| 量子コンピュータにプログラム言語はまだない 129 |
| 量子コンピュータのアルゴリズム 130 |
| 5.2 ドイチュ‐ジョサのアルゴリズム 132 |
| ドイチュ‐ジョサの問題 132 |
| ふつうのコンピュータで解こうとすると…… 134 |
| ドイチュ‐ジョサの量子アルゴリズム 136 |
| ドイチュ‐ジョサのアルゴリズムの中身 139 |
| 5.3 データベース検索のアルゴリズム 146 |
| データ検索には時間がかかる 146 |
| グローバーのアルゴリズム 148 |
| グローバーの量子回路の中身 151 |
| 5.4 ショアのアルゴリズム 154 |
| 量子コンピュータで難所を突破！ 154 |
| 準備1 ユークリッドの互除法 157 |
| 準備2 因数分解の手順 159 |
| 「γを求める方法」を求めて 161 |
| フーリエ変換 163 |
| 量子フーリエ変換 167 |
| ショアのアルゴリズムの中身 171 |
| 5.5 量子アルゴリズムと今後の展開 177 |
| 第6章 実現にむけた挑戦 178 |
| 6.1 量子コンピュータを作るには? 178 |
| ビットとその担い手 178 |
| 量子ビットと担い手 181 |
| 量子コンピュータ実現の必要条件 183 |
| 6.2 光の粒で量子計算 184 |
| 光子の特徴 184 |
| 回転ゲートは半透鏡で 186 |
| 光子に対する制御ノットは究極の光デバイス 188 |
| カリフォルニア工科大学の実験 189 |
| 私たちの挑戦1 ― ミクロな球を用いた量子位相ゲート 191 |
| 私たちの挑戦2 ― 半透鏡も量子位相ゲートに 193 |
| 光子を用いた量子アルゴりズム実験 195 |
| 6.3 分子中の核スピンを用いた量子計算 199 |
| スピン 199 |
| スピンと量子化 200 |
| スピンと量子ビット 202 |
| 核スピン 203 |
| 核スピンを用いた量子コンピュータ 204 |
| 6.4 固体・集積化への路 211 |
| 量子集積回路を目指して 211 |
| シリコン量子コンピュ一夕 212 |
| 超伝導量子ビット 216 |
| 6.5 デコヒーレンス 218 |
| 「重ね合わせ状態の破壊」あるいは「デコヒーレンス」 218 |
| 2つの状態間の位相差 219 |
| 原因は、追跡不可能な位相差のゆらぎ 220 |
| 量子計算に立ちはだかる壁、デコヒーレンス 221 |
| 6.6 デコヒーレンスに立ち向かう:量子誤り訂正符号 222 |
| 古典誤り訂正符号 223 |
| 量子誤り訂正符号 225 |
| 第7章 量子コンピュータの周辺に広がる世界と量子暗号 228 |
| 7.1 情報化社会と秘密通信 229 |
| くらしに関わるセキュリティ 229 |
| 通信と盗聴 230 |
| 乱数列を用いた絶対安全な暗号化 232 |
| 光子を用いて乱数列を共有する 233 |
| 7.2 量子暗号と量子鍵配布 235 |
| 発明のきっかけ 235 |
| 量子鍵配布のしくみ1 送信者 237 |
| 量子鍵配布のしくみ2 受信者 239 |
| 量子鍵配布のしくみ3 鍵の共有 243 |
| 秘密鍵を使った絶対安全な通信 245 |
| 7.3 全知全能？の盗聴者VS.量子暗号 248 |
| 盗聴者ができること 248 |
| 最適な盗聴方法と、ビット反転 249 |
| 盗聴者を検出する！ 253 |
| 量子暗号システムと現状 254 |
| 7.4 量子情報科学の今後 257 |
| 量子暗号の現状と今後 257 |
| 理論面での展開と量子情報科学 258 |
| エピローグ 259 |
| 参考図書 264 |
| さくいん 265 |
| プロローグ 5 |
| 第1章 量子計算でできること 12 |
| 1.1 コンピュータに解ける問題、解けない問題 12 |
| 最近のコンピュータの計算能力 12 |
| コンピュータに「計算不可能な」問題とは？ 13 |
| 旅行の荷造りは「解けない」問題？ 16 |
