尾張 正樹
研究概要
これまで情報科学の分野では、ハードウェアが古典力学に乗っ取って動作していると考えて研究開発が行われていました。しかし、現在、集積回路は、量子力学を用いないとその動作が説明できないほど小型化されつつあります。そこで、本研究室では、量子力学の原理に基づいて情報科学の理論を作り直すことで、ハードウェアの量子性を利用した画期的なソフトウェア開発を目指す量子情報科学という分野に関する理論およびシミュレーションの研究をおこなっています。
量子コンピュータ
通常のビットは0と1という2つの状態を取ることができます。一方で、量子力学では、『ある物理系が2つの異なる状態を取ることができるなら、その物理系それらの2つの状態の【重ね合わせ状態】を取ることもできる』という重ね合わせの原理が成立することが知られています。そのため、量子力学に支配されるような微小な物理系を用いてビットを作成すると、そのビットは0と1だけではなく、それらの量子力学的な重ね合わせ状態を取ることもできます。このような、量子力学的なビットを量子ビットと呼びます。そして、多数の量子ビットから構成されるコンピュータは量子コンピュータと呼ばれます。
量子コンピュータを用いると様々な、通常のコンピュータでは実現不可能なアルゴリズム(量子アルゴリズム)を実行できることが知られています。これまで、素因数分解、データベース検索、機械学習など様々な問題に対する量子アルゴリズムが開発されてきました。その結果、もし量子コンピュータの実用化がなされると、社会に非常に大きな革新をもたらすことが分かってきました。本研究室では、この量子コンピュータに関する様々な理論やシミュレーションに関する研究を行っています。
量子ネットワーク
量子アルゴリズムを実行できる量子コンピュータや、量子鍵配送を行うことができる量子通信路は、単体でも十分に役立ちます。しかし、それらを組み合わせて、遠距離に配置された多数の量子コンピュータと量子通信路からなる量子ネットワークを構築することができれば、単体の量子コンピュータや量子通信路を用いるだけでは実現できなかった、量子分散計算、量子マネー、量子クラウド計算といった新たな量子情報処理プロトコルを実現する事ができます。本研究室では、量子ネットワーク上の様々な情報処理プロトコルの研究を行っております。
量子コンピュータの実用化に向けて
現在、量子コンピュータは数ビットから十数ビットといった極めて小規模なものしか実現されておらず、実用化には程遠いのが現状です。量子コンピュータの実用化のためには、デバイス開発の技術水準の大いなる飛躍が必要なのは言うまでもありません。しかし、そのような技術革新がいつもたらされるのかは誰も分かりません。そこで、我々の研究室では、情報科学の理論的な視点から、量子コンピュータの実用化を加速させる方法を模索しています。具体的には、量子デバイスのノイズの問題に対処する新しい方法を模索したり、量子系のごく一部にのみアクセスすることで、量子系全体を制御して計算を進める方法の研究などを行っています。
教員/研究室の独自ページ
量子力学的なビット(量子ビット)は、0と1の重ね合わせ状態を取ることができる
量子ビットから構成されるコンピュータを量子コンピュータと呼ぶ。