【量子力学の父】

マックス・プランクが

常識を捨てた結果見つけた

驚異の法則とは？

量子コンピュータが私たちの未来を変える日は

実はすぐそこまで来ている。

そんな今だからこそ、

量子コンピュータについて知ることには

大きな意味がある。

単なる専門技術ではなく、

これからの世界を理解し、

自らの立場でどう関わるかを

考えるための「新しい教養」だ。

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常識を捨てた量子力学の父

量子力学の父といえば、

ドイツの物理学者であるマックス・プランクだ。

1900年、

プランクはすべての波長領域にわたる

実験結果を説明する公式として、

「プランクの公式（プランクの法則）」を発見する。

プランク以前の試みでは、

当時常識であった「電磁波のエネルギーは

連続な値をとる」という考えに基づいて

理論が構築されていた。

ここでの「連続」とは、

途切れることなく大きさや強さを

なめらかに変化させることができるという意味である。

たとえば、

豆電球に流す電流の大きさを調整することで、

豆電球の光の強さ、

すなわち豆電球から放出される

電磁波のエネルギーを調節できることはご存じだろう。

このとき、

電流の大きさを「連続的」に調整すれば

豆電球から放出される光の大きさも

連続的に変化するように思える。

当時、

電磁波の強さや弱さという量は

連続的に変化させられる量だと考えられていた。

プランクは、

この「光の強さが連続な値をとる」

という常識を捨てた。

これは、

公園にある滑り台のスロープをすべて

階段にしてしまうくらい、

当時の常識からすると大きな

思考の飛躍であっただろう。

飛び飛びか、連続か

彼は「電磁波はごく小さなエネルギーを持つ粒

（エネルギー量子）の集まりであるため、

そのエネルギーは一つ、

二つといった離れた単位（離散的な単位）

でしか変化しない」とする

「エネルギー量子仮説」を提唱した。

このエネルギー量子仮説に基づいて

導かれた「プランクの公式」は、

すべての波長領域において実験結果を

説明することに成功したのだ。

エネルギー量子は、

電磁波の振動数（ν）と物理定数（h）を用いて表される（hν）。

振動数とは波が一秒間に振動する回数である。

ここで使われる物理定数hは、

プランク定数と呼ばれている。

「電磁波はエネルギー量子が集まって

構成されている」という考えに基づくと、

電磁波のエネルギーは、

hνの整数倍しかとれない。

ただし、

このエネルギー量子hνはとてつもなく小さい。

緑色の光の場合を考えてみよう。

約100グラムの物体を一メートル持ち上げるのに

必要なエネルギーを1ジュールとすると、

緑色の光のエネルギー量子が持つ

エネルギーの大きさはその1000京分の1しかない。

私たちの日常レベルでは

この小さなエネルギーの単位で一つ、

二つと離散的にエネルギーが変化をしても、

連続的に変化をしているようにしか感じないだろう。

物理学が大幅アップデート

しかし、エネルギーを連続的なものとするか、

最小単位があり離散的なものとするかによって、

数学的な扱いは「積分」から「和」へと大きく変化する。

この違いを正確に捉えたことによって、

「プランクの公式」は実験結果の説明に成功したのである。

ここまでうまく実験を説明できるとなると

「これは偶然ではない」と考えるのが物理学者たちだ。

プランクの飛躍を皮切りに20世紀はじめに

物理学のアップデートが大きく進んだ。

量子コンピュータは「単なる速い計算機」ではない

皆さんは「量子」あるいは

「量子コンピュータ」という言葉を聞いて、

どのようなイメージを持つだろうか。

 

 

「何か不思議でよくわからないもの」

「小さくて難しそうなもの」といった

印象を持つ人もいれば、

最近では「ビジネスにつながりそう」と

感じている人もいるかもしれない。

 

 

 

 

 

量子関係のニュースが出ると乱高下する

「量子銘柄」なる企業の株もあるそうだ。

 

あるいは、

残念ながらテレパシーや死後の世界など、

精神世界の崇高なキーワードとして

「量子」が語られることもある。

 

 

なぜ「量子」にはこれほど多種多様な

イメージがまとわりつくのだろう。

 

それは、

量子が日常的に見たり触れたりできる

「古典的な世界」とは異なる、

 

私たちの直感を超え、

想像力を必要とする「概念的な世界」

とつながっているからかもしれない。

 

これが「量子」の持つ不思議な魅力や

技術の可能性の根源でもあり、

また同時に、

そのわかりにくさの理由にもなっている。

 

 

量子コンピュータはこれから

世界をどう変えるのか?

 

正直にいうと、

私たち研究者にもまだはっきりとはわからない。

 

それが知りたくて量子コンピュータの研究をしている。

一九五〇年代の科学者たちが、

将来コンピュータが人類全体の

コミュニケーションや経済の基盤になるとは

想像できなかったように、

 

量子コンピュータが何をもたらすかも、

これから形づくられていくものだ。

 

しかし、

確かなのは「何かすごいことが

起きそうだ」という予感である。

 

そして、

そうした予感を信じて手を動かし続けた人たちが、

現代のインターネットや生成AIを作ってきた。

 

 

本書では、

量子力学誕生から百年にわたる歩みと、

そこから生まれた量子コンピュータの全体像、

そして未来に向けた応用までを、

わかりやすく、かつ読者の好奇心を刺激するような

知的な冒険の軌跡として紹介していく。