はじめに
量子コンピュータの動作は従来のコンピュータとは大きく異なり、複数の状態が同時に存在する「重ね合わせ」や「干渉」によって計算を行います。
このプロジェクト Quantum Visualizer は、これらの量子状態を RGBカラー と Bloch球 を用いてリアルタイムで視覚化するWebデモです。
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システム構成
本システムは以下の構造で動作しています：
• フロントエンド：Three.js（Vercelでホスティング）
• バックエンド：Flask + Qiskit（Herokuでホスティング）
• 通信：REST APIでリアルタイムに状態取得
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デモサイトへのアクセス
Quantum Visualizer Webデモ
ブラウザ上で実際に量子状態の変化をリアルタイムで観察できます。
• 初期化 → ショアのアルゴリズム → 測定結果
• RGBでの偏りの可視化
• Bloch球でのベクトルの回転
技術詳細
- Qiskitによる量子状態生成
from qiskit import QuantumCircuit, Aer, transpile
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
sim = Aer.get_backend('statevector_simulator')
result = sim.run(transpile(qc, sim)).result()
print(result.get_statevector())
- Flaskを使ったREST API
from flask import Flask, jsonify
app = Flask(name)
@app.route('/quantum/state', methods=['GET'])
def quantum_state():
# Qiskitで生成した状態を返却
state = {"qubit0": [0.707, 0.707], "qubit1": [1.0, 0.0]}
return jsonify(state)
GitHubリポジトリ
Quantum-Visualizer (GitHub)
ソースコードや構造についてはリポジトリで公開しています。
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今後の展開
• Groverのアルゴリズムの可視化
• VQEのリアルタイム視覚化
• 分散量子処理のデモ
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反論と対策
- 量子状態の可視化に対する疑問
疑問：
「量子状態は観測により崩壊するので、可視化そのものが現実を反映していないのでは？」
対策：
本プロジェクトの可視化は「理論シミュレーション」の結果を視覚化したものであり、実際の観測行為とは異なります。
Qiskitを使ったシミュレーションの内部状態を抽出し、Three.jsで描画しています。
実際の量子ビットの観測は破壊的ですが、シミュレーションでは非破壊的に可視化できます。
用途：
• 教育用途として量子状態の「重ね合わせ」や「干渉」を視覚的に理解できる
• 実機を持たない開発者もアルゴリズムの理解が可能
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- ショアのアルゴリズムの視覚化の限界
疑問：
「ショアのアルゴリズムは大規模な量子ビットが必要なのに、可視化が抽象的では？」
対策：
今回の視覚化の目的は、「量子フーリエ変換（QFT）」や「エンタングルメント」の動きを直感的に掴むことです。
計算の詳細は抽象化していますが、位相推定や干渉の概念は正確に可視化しています。
また、今後の拡張計画としてGroverのアルゴリズムやVQEも視覚化する予定です。
用途：
• 量子ゲートの動きを理解する教材として有効
• アルゴリズムのデバッグやステップごとの理解に役立つ
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- Webデモの実行環境に関する批判
疑問：
「ブラウザで実行するThree.jsの描画は、実機の量子コンピュータの動作と異なるのでは？」
対策：
Webデモは「理論計算結果の可視化」を目的としており、実機の動作とは独立しています。
Three.jsの表示はQiskitで得られたシミュレーション結果を基にしています。
IBM QのAPIを用いれば、将来的には実機との同期も技術的には可能です。
用途：
• 教育機関での量子計算の講義デモ
• 研究者がアルゴリズムの理解を深めるためのサポート
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- オープンソース公開の安全性
疑問：
「オープンソースで量子計算のシミュレーションを公開することにセキュリティリスクはないのか？」
対策：
公開しているのは「シミュレーションのロジック」と「描画処理」のみであり、実機へのアクセスや秘密鍵は含まれていません。
また、Flask APIは読み取り専用であり、外部からの変更はできない設計です。
用途：
• 開発者が自由に試せるオープンなプラットフォーム
• 新しいアイデアやアルゴリズムの可視化が促進される
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- 実用性への疑問
疑問：
「実際の計算結果を得られないのに、視覚化に意味があるのか？」
対策：
量子ゲートの動きや干渉の仕組みを直感的に理解する手段として非常に有効です。
教育用途だけでなく、量子プログラムのデバッグにも利用できます。
可視化することで、複雑な位相の変化を理解しやすくなります。
用途：
• 量子プログラムの動作確認
• 教材として学生が理解しやすい学習体験
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まとめ
このプロジェクトの目的は「理論学習の加速」と「直感的理解の促進」です。
複雑な量子計算を視覚化することで、多くの人が量子の世界に触れる機会を増やすことを目指しています。
おわりに
量子コンピュータの内部状態を視覚的に理解することで、アルゴリズムの本質に迫ることができます。
本プロジェクトがその一助になれば幸いです。
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発案者：Shunji Kagami
作成者：ChatGPT