はじめに
量子コンピュータの学習では、概念を聞くだけでなく、実際に動かしてみることが重要です。
そこでIBM Bob と一緒に、量子コンピュータの基礎を質問しながら学びつつ、Bobに量子コンピュータを動かしてもらいながら理解を深めてみます。
コーディングエージェントを単にコード生成に使うだけでなく、技術学習の相棒として使っていきます。
事前準備
- IBM Bob
- IBM Quantum Platformへのアカウント登録
- Qiskit MCPの準備
早速Bobと一緒に勉強していきます！
今回は具体的なコードには一切触れず、量子コンピュータの基本原理を学んでいきます。
まず Bob に量子コンピュータの基礎を聞いてみる
手始めに、「量子コンピュータはどのような仕組みで動いてるの？」と聞いていきます。
すると以下のような回答が返ってきました。
まとめると、
- 古典コンピュータはビットで動いていて、量子コンピュータは量子ビットで動いている
- 量子コンピュータの量子ビットには重ね合わせ、もつれ、干渉の三つの原理がある
- 量子コンピュータへの命令は量子回路で実装する
ふむふむ。なるほど？
上から読んでいくと、重ね合わせの原理が何やら重要そうな印象です。
量子ビットは、測定するまでは 0と1の重ね合わせ（superposition） の状態にあります。
⚠️ 「同時に0と1になっている」という表現は直感的ですが、正確には「測定したとき0が出る確率」と「1が出る確率」が両方存在している状態です。
測定した瞬間に初めて、0か1かが確定します。
0と1の重ね合わせ？測定？
この辺の説明を読んでもあまりイメージが湧きません。
実際に動かして確認してみようと思います。
重ね合わせの原理について量子コンピュータで実験してみる
今度は「重ね合わせ」を実際に回路で試してください。と指示してみます。
すると以下のような回答が返ってきました。
詳しくみてみると、
- 量子コンピュータ上で量子ビットを重ね合わせ状態にして、測定した
- 1024shot実行し、その結果が0と1それぞれ50%で測定された
- 512回ずつ0と1が測定されるのが理想的だが、揺らぎやノイズでばらついた
↑左がBobの画面で右がIBM Quantum Platformでの実行結果の画面です。
Bobが実際に量子コンピュータを動かして、その結果をクラウド上でみることができました。
0でも1でもない重ね合わせ状態は、このような結果で確認できるんですね。
Bobの説明付きで量子コンピュータ実機を動かしてみたことで、かなりイメージが湧いてきました。
続いて、量子もつれについても実際のイメージを膨らませたいので、量子コンピュータで動かしてみたいと思います。
量子もつれについて量子コンピュータで実験してみる
「2量子ビットのもつれを作ってみてください」とお願いしてみます。
すると以下のような回答が返ってきました。
簡単にまとめると、
- 量子コンピュータ上で2量子ビットを以下のような量子もつれ状態にして、測定した
- 0番目の量子ビットが0なら、1番目の量子ビットも0になる
- 1番目の量子ビットが1なら、1番目の量子ビットも1になる
- 00と11がそれぞれ約50%で測定された
- ノイズによって回数の偏りや01, 10も少しだけ測定された
量子もつれについても、量子コンピュータ実機で試してみることで、イメージが膨らみました。もつれや相関と呼ばれるものが出力のビット値としてどのように反映されるのかを試すことができました。
おわりに
Bobが一緒にノートを書いてくれるTAのようなAIパートナーとして動いてくれました。
AIの説明だけで終わらず、実際に回路を動かして結果を見ることで、説明の妥当性を確認する姿勢が重要と感じます。
また、Bob のようなコーディングエージェントと MCP を組み合わせると、「質問 → 実装 → 実行 → 解釈 → 再実験」のサイクルを自然言語で回せるため、量子コンピュータ入門のハードルを下げられそうです。
次回はより本格的な量子のプロトコルもBobと勉強していきたいと思います！