みんなの量子コンピュータ（Chris Bernhardt 湊 雄一郎 中田 真秀 湊 雄一郎 中田 真秀）｜翔泳社の本
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みんなの量子コンピュータ

著
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監修
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形式：
書籍
発売日：
ISBN：
9784798163574
定価：
3,520円（本体3,200円＋税10%）
仕様：
A5・256ページ
カテゴリ：
プログラミング・開発
キーワード：
#プログラミング,#開発環境,#開発手法,#Web・アプリ開発
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量子コンピューティングに関する基礎理論の全体像

【本書の内容】
本書は、量子ビットを使用したコンピューティングの数学的構造をわかりやすく紹介しています。
解説を単純化すると、量子状態に実際の係数のみを使用することで、位相の複雑さを軽減し、
初学者にもイメージしやすくしています。

一読すれば、すぐにでも量子コンピュータのエキスパートに近づけるという書籍ではありませんが、
量子コンピュータを形作る数学・物理学、アルゴリズム、論理回路など、多方面のアイデアと、
その源泉に触れることができます。
そのため、読者が直感的に理解している分野に関しては、その厳密なバックボーンを提供し、
理解の促進（あるいは取っ掛かり）が得られるはずです。

本書は、「なんとなく」や「話のタネ的に」ではなく、
量子コンピュータをベースに世界を構築したい人たちのための、最初の一冊です。

本書は
"Quantum Computing for Everyone" Chris Bernhardt
The MIT Press Cambridge
の翻訳です。

【本書のポイント】
・スピンやキュービット、スイッチなどの厳密な解説
・もつれ状態の構築実際の係数を使用して説明
・論理回路とユニバーサルゲートの構築法
・NP問題に適応する量子アルゴリズムの構築

【読者が得られること】
・量子コンピュータに必要な数学的背景
・80年代から続くアイデアの整理と展望
・高次コンピュータサイエンスの理解

【対象読者】
・理工学部学生
・量子コンピュータをターゲットとするエンジニア
・量子コンピュータ科学者

【著者について】
・Chris Bernhardt（クリス・バーンハルト）
Warwickユニバーシティで数学の博士号を取得後、Fairfieldユニバーシティの数学教授。
主な著述はコンピュータ理論であり、数学や物理、コンピュータ・サイエンスを含む分野がメインである。
この分野は、多くの美しく直感に反するアイデアが含まれており、
バーンハルト教授の目的は、すべてをできるだけシンプルにすることで、
非専門家にもこれらの重要なポイントを紹介することにある。

第1章　スピン
　1.1　量子時計
　1.2　同じ方向での測定
　1.3　さまざまな方向での測定
　1.4　測定
　1.5　ランダム性
　1.6　光子と偏光
　1.7　まとめ

第2章　線形代数
　2.1　複素数と実数について
　2.2　ベクトル
　2.3　ベクトル図
　2.4　ベクトルの長さ
　2.5　スカラーの乗算
　2.6　ベクトルの加算
　2.7　直交ベクトル
　2.8　ブラとケットの積
　2.9　ブラケットと長さ
　2.10　ブラケットと直交性
　2.11　正規直交基底
　2.12　基底ベクトルの線形結合としてのベクトル
　2.13　順序付き基底
　2.14　ベクトルの長さ
　2.15　行列
　2.16　行列計算
　2.17　直交およびユニタリ行列
　2.18　線形代数の解法テクニック

第3章　スピンと量子ビット
　3.1　確率
　3.2　量子スピンの数学
　3.3　等価な状態ベクトル
　3.4　与えられたスピン方向に対応する基底
　3.5　実験装置を60度回転させる
　3.6　光子の偏光を表す数学モデル
　3.7　特定の偏光方向に対応する基底
　3.8　偏光フィルターの測定
　3.9　量子ビット
　3.10　アリスとボブとイブ
　3.11　確率振幅と干渉
　3.12　BB84プロトコル

第4章　量子もつれ
　4.1　もつれのない量子ビット
　4.2　もつれのない量子ビット計算
　4.3　もつれた量子ビットの計算
　4.4　超光速通信
　4.5　テンソル積の標準基底
　4.6　量子ビットをどうやってもつれさせるか
　4.7　CNOTゲートで量子ビットをもつれさせる
　4.8　もつれた量子時計

第5章　ベルの不等式
　5.1　異なる基底でのもつれた量子ビット
　5.2　もつれた状態を(|b0>,|b1>)で書き直す
　5.3　アインシュタインと局所現実性
　5.4　アインシュタインと隠れ変数
　5.5　もつれ状態の古典的な説明
　5.6　ベルの不等式
　5.7　量子力学的モデルでの答え
　5.8　古典的モデルでの答え
　5.9　測定
　5.10　量子鍵配送のためのエッカートプロトコル

第6章　古典論理、ゲート、および回路
　6.1　論理
　6.2　ブール代数
　6.3　ゲート
　6.4　回路
　6.5　普遍的なゲート、NAND
　6.6　ゲートと計算
　6.7　メモリ
　6.8　可逆ゲート
　6.9　ビリヤードボールコンピューティング

第7章　量子ゲートと回路
　7.1　量子ビット
　7.2　CNOTゲート
　7.3　量子ゲート
　7.4　1つの量子ビットに作用する量子ゲート
　7.5　完全な量子ゲートは存在するか
　7.6　量子複製不能定理
　7.7　量子計算と古典的計算
　7.8　ベル回路
　7.9　超高密度符号化
　7.10　量子テレポーテーション
　7.11　エラー訂正
　7.12　コードの繰り返し
　7.13　量子ビットフリップ補正

第8章　量子アルゴリズム
　8.1　複雑性クラスPとNP
　8.2　量子アルゴリズムと古典アルゴリズムの速度
　8.3　クエリの複雑さ
　8.4　ドイッチのアルゴリズム
　8.5　アダマール行列のクロネッカー積
　8.6　ドイッチ-ジョサのアルゴリズム
　8.7　サイモンのアルゴリズム
　8.8　複雑さのクラス
　8.9　量子アルゴリズム

第9章　量子コンピューティングの与える影響
　9.1　ショアのアルゴリズムと暗号解読
　9.2　グローバーのアルゴリズムとデータ検索
　9.3　化学とシミュレーション
　9.4　ハードウェア
　9.5　量子アニーリング
　9.6　量子超越性と並行宇宙
　9.7　計算

本書は付属データの提供はございません。

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最終更新日:2023年01月24日
発生刷 ページ数 書籍改訂刷 電子書籍訂正 内容 登録日
1刷 010
本文上から3行目		 2刷 済
誤 番目の質問が同じで、3番目の質問が異なる場合、最初の質問と3番目の
正 番目の質問が同じで、2番目の質問が異なる場合、最初の質問と3番目の
備
考		 ※リフローEPUBの場合は、1章の「1.4 　測定」直前の「3つ目。」で始まる段落が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 016
本文下から2行目		 未 未
誤 の実験では、1 枚目のフィルターを通過する光子は垂直方向を向いていま
正 の実験では、1 枚目のフィルターを通過する光子は垂直方向に偏光していま
備
考		 ※リフローEPUBの場合は、1章の図1‒10の下、2つ目の段落が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 046
本文上から3行目		 2刷 済
誤 一般に結果を得るには測定を行います。測定のことを測定ともいいま
正 一般に結果を得るには実験を行います。実験のことを測定ともいいま
備
考		 ※リフローEPUBの場合は、3章の「3.1 　確率」の2つ目の段落が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 046
本文上から5行目		 2刷 済
誤 で表すことにしましょう。ここでの根本的な仮定は、測定（または測定）
正 で表すことにしましょう。ここでの根本的な仮定は、実験（または測定）
備
考		 ※リフローEPUBの場合は、3章の「3.1 　確率」の2つ目の段落が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 069
本文4行目から5行目		 2刷 済
誤 テンソル積を使用することで、これら2つの系を組み合わせる方法できます（後に示します）。
正 テンソル積を使い、これら2つの系を組み合わせられます（後に示します）。
備
考		 ※リフローEPUBの場合は、4章の最初の段落が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 072
本文最下行数式		 2刷 済
誤
正
備
考		 ※最初の「‖」を「｜」に修正します。

※リフローEPUBの場合は、4章の「4.2 　もつれのない量子ビット計算」の2つ目の数式が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 090
上から7行目の数式		 未 未
誤
正
備
考		 ※リフローEPUBの場合、5章の「5.1 　異なる基底でのもつれた量子ビット」の3つ目の数式が該当箇所となります。
2020.08.07
1刷 094
脚注5		 2刷 済
誤 A.Einstein, B.Podolsky, N.Rosen,“Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?”, Rhys.Rev 47, 777(1935)
正 A.Einstein, B.Podolsky, and N.Rosen,“Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?”, Rhys.Rev 47, 777(1935)
備
考		 ※「B.Podolsky」と「N.Rosen」の間に「and」を追加します。

※リフローEPUBの場合、5章の脚注5が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 102
本文下から2行目		 2刷 済
誤 の実験は両方の抜け穴を同時に閉じたかのようです
正 の実験は両方の抜け穴を同時に閉じたかのようです。
備
考		 ※「。」を追加します。

※リフローEPUBの場合は、5章の表5-1の下、8番目の段落が該当箇所となります。
2020.03.02
1刷 102
脚注12		 2刷 済
誤 The paper“Loophole - free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres”by B.Hensen et al., Nature 526, 682-686(2015).
正 B.Hensen et al.,“Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres”Nature 526, 682-686(2015).
備
考		 最初の「The paper」と、「B.Hensen et al.,」の前の「by」を削除します。
「B.Hensen et al.,」の位置を移動します。
2020.03.02
1刷 177
脚注4		 2刷 済
誤 “Quantum Theory, The Church-Turing Principle and The Universal Quantum Computer”, Proceedings of the Royal Society A400 97(1985).
正 D.Deutsch,“Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer”, Proceedings of the Royal Society A400 97(1985).
備
考		 ※リフローEPUBの場合、8章の脚注4が該当箇所になります。
2020.03.02
1刷 182
本文上から8行目		 未 未
誤 さに2つの量子アルゴリズムについて
正 さらに2つの量子アルゴリズムについて
2021.10.05
1刷 viii
本文上から4行目		 未 未
誤 局所性
正 局所実在性
2023.01.24
2刷 083
83ページ数式の下、「実際、各ペアが」から84ページ下から14行目までの4段落		 未 未
誤 実際、各ペアがこの状態にある100 組の時計を考えてください。2 つで1 つのペアになった時計が100 組あり、時計を持つ私とペアになる相手も100 人いるとします。すべての人が、針は12 を指していますか？ という同じ質問を繰り返します。 最初のシナリオでは、私と私のペアの人にはお互い連絡を取らず、時計を1 つずつ調べて質問します。時計が「イエス」または「ノー」で答えるたびに、「イエス」の場合は1、「ノー」の場合は0 を書き込みます。質問を終えると、0 と1 の文字列ができます。私とペアの人の文字列を分析しましょう。両方の文字列は、0 と1 のランダムな配列で、0 と1 は、ほぼ同じ回数発生します。それから、お互いに連絡し、お互いの文字列を比較します。ペアの人の文字列と私の文字列は同じです。100 箇所すべてで、文字列は一致しています。 2 番目のシナリオでは、それぞれ100 組のペアになった時計があります。今回は、ペアの人が最初に測定するとします。1 時間ごとに質問をし、私はその30 分後に質問します。これらの質問の間の30 分の間に、ペアの相手が私に電話し、私の時計の答えが何であるかを教えてくれます。実験の最後には、両方とも0 と1 の文字列があります。両方の文字列はあらゆる場所で一致します。ペアの人が私に電話して私に告げるたびに、私の測定の結果はあなたがいう通り正確でした。ペアの人の測定値が私のものに影響を及ぼしていると結論付けることはできるでしょうか。 さて、私はペアの人に、「私はルールに従わずズルしていた」と言ったとしましょう。私はペアの人が時計に尋ねる30 分前に、自分の時計の質問をしていました。つまり、ペアの人が答える前に、私は答えを知っていました。ペアの人からの電話は私が知っていることを確認するだけでした。
正 実際、各ペアがこの状態にある100組の時計を考えてください。2つで1つのペアになった時計が100組あり、あなたと私は、100個ずつペアの時計を持っているとします。そうして、2人は時計に「針は12を指していますか？」と質問します。 最初のシナリオでは、連絡を取り合っていないあなたと私は、時計を1つずつ調べて質問します。時計は「イエス」または「ノー」と答えるので、イエスの場合は「1」、ノーの場合は「0」を書くことにします。すると0と1からなる文字列ができます。この0と1の文字列を分析しましょう。あなたの持っている文字列と私の持っている文字列は、0と1のランダムな列で、0と1はほぼ同じ回数発生します。それから、お互いに連絡し、お互いの文字列を比較します。あなたと私、両方が持っている文字列は全く同一のものになります。100箇所すべてで文字列は一致します。 2番目のシナリオでは、1番目同様、あなたと私で100個ずつペアになった時計を持っていることにします。今回は、あなたが時計に質問した30分後、私はあなたが質問したペアの時計に質問します。測定までの30分間で、あなたは私に電話をし、時計の答えを伝えます。実験が終わると、私たちの手元には0と1からなる、まったく同じ文字列があります。あなたが私に電話で教えるペアの時計の答えは、いつでも、私が測定するであろう結果と完全に一致します。このことから、あなたの測定が私の測定結果に影響を及ぼしているといえるでしょうか？ さて、私はあなたに「ルールに従わずズルをした」と言ったとします。実際、あなたから時計の回答を聞く30分前に、私は時計への質問を終えていました。つまり、あなたが答えを得る前に、すでに私は答えを知っていたのです。あなたからの電話は私が知っていることの確認でした。
2022.10.31

感想・レビュー

mit さん

2022-02-18

日本語訳に意味不明なところが多くめげそうになるが、計算結果を頭で追っていけば著者の意図は理解できると思う。大学1年生レベルの数学が理解できれば、量子ゲート、量子アルゴリズムのこころを理解するための最初の一冊としてお勧め。

テキィ さん

2021-05-29

数式までは読めなかった

sumiyaki さん

2020-03-09

■コンパクトにまとまっていて大部ではなく読みやすい。数式があるものの、最初は簡単な線形代数学なので、前半の数式はついていけた。量子の世界の基本も説明されていて、入門書としてはとても良い。■誤植や文章のおかしいところが多少残っているので、正誤表が役に立つかも。参考図書の紹介のようなものがないのが残念。■量子コンピュータはかなり難しいものであり、アルゴリズムを開発するのは、私には難しそう。■個人的には「可逆ゲート」「可逆計算」というのが気になった。それがどう量子計算に関わるのかよく分からなかった。