「クラウド量子計算入門―IBMの量子シミュレーションと量子コンピュータ： 中山茂」
内容紹介：
IBMから提供される無料の量子計算プラットフォームを体験する!大学での講義を想定した豊富な例題、演習、実験で理解を深める。16の量子実験を通して、量子アルゴリズムを学び、量子シミュレーションで実行する。
2016年10月10日刊行、331ページ。
著者について：
中山茂（なかやましげる）
京都生まれ。京都大学大学院工学研究科博士課程修了後、上智大学、英国Reading大学、京都工芸繊維大学、兵庫教育大学、英国Oxford大学、鹿児島大学を経て、2014年に定年退職。京都大学工学博士。
理数系書籍のレビュー記事は本書で329冊目。
IBM Quantum Experience（入口）
http://www.research.ibm.com/quantum/
第1回の記事で「量子論理回路を具体的に紹介したいので１章ずつ記事を書いて紹介する。主要な画面のスクリーンショットを載せて概要がわかるようにしたい。」と書いたが、２つの理由により方針変更し、全体を読み終えてから感想を書かせていただくことにした。
理由のひとつは、このクラウドサービスの仕様が本書執筆のときから変更されていて、ブログ記事で効率的に説明するためのスクリーンショットが撮りにくい状態になっていることだ。
本書が執筆されている時点では、量子論理回路をComposerで作成する歳に「Ideal Quantum Proccessor」という選択肢が用意されていた。現在はこれが使用できない。
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「Ideal Quantum Processor」は量子コンピュータを古典コンピュータを使ってシミュレートするものである。これを選択するとComposerは次のような画面で表示されていた。
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MEASUREというところに２つのアイコンがあることがおわかりになると思う。左は演算結果の量子ビットを測定するため、右はその測定をブロッホ球で表示するための測定のためのアイコンだ。そして、これら２つの測定アイコンは各量子ビットごと、複数配置することができる。量子ビット毎の測定結果を同じ画面で一度に表示させることができるわけだ。
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そして測定結果のブロッホ球も、測定アイコンを配置した数だけ同じ画面で表示されるから、わかりやすいスクリーンショットを撮ることができる。
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本書にも書かれているがComposerの選択画面で「Real Quantum Processor」を選択すると、配置できる測定アイコンはひとつだけなので、量子ビット毎に複数の測定アイコンを置くことができない。またブロッホ球測定のアイコンは現在の仕様では無くなってしまっている。
本書ではわかりやすいスクリーンショットを掲載するために、あえて「Ideal Quantum Proccessor」を選択しているのだと理解した。そして、現在はこの手法が使えないのである。
わかりやすく見せるためにスクリーンショットを加工して、複数の量子ビットを同じ画面に表示させると「嘘画面」を紹介することになるし、各量子ビット毎に画面を載せるのでは、記事はだらだらと長くなり、わかりづらい解説になってしまう。
理由の２つめは、現在の仕様で解説しているわかりやすいサイトやブログがあることに気が付いたことだ。僕が紹介したいことがすでに書かれているから、時間を割いて同じような記事を書く必要がなくなってしまった。特に最初のものはこのサービスを提供しているIBMの方による記事で3月17日に公開されたばかりだ。日本語版オフィシャルサイトといってよい。
読者のみなさんには、次のようなサイト、ブログでこのクラウドサービスの詳細を理解していただきたい。
IBM Quantum Computing で計算してみよう
https://www.ibm.com/developerworks/jp/cloud/library/cl-quantum-computing/
量子コンピュータと量子ゲートと私
http://qiita.com/eccyan/items/180fb909a55a59bb4e1b
主婦が始める量子コンピュータ
http://keropiyo3.hatenablog.com/
もちろん本書はこのクラウドサービスや量子ゲートや演算の詳細を具体的に学ぶのに良い本だと思う。いま第４章を読んでいるところだ。
ただし、上記３つのサイト、ブログは入門的なもので本書の第４章までの内容が中心である。第５章で解説される制御NOTゲート（CNOTゲート）を使うことで、はじめて量子ビットの「もつれ状態（EPR状態）」を作り出すことができ、量子コンピュータらしいアルゴリズムが実装可能になる。今後、これらのサイトに制御NOTゲートの使用例が追記されていくことを期待している。
英語のUser Guideのほうには、もちろん制御NOTゲートを使った「もつれ状態」、たとえば「ベル状態（説明１、説明２）の量子ゲート回路の構成の仕方が解説されている。
このようなわけでブログ記事のほうは方針変更させていただき、差し当たり全体を通読しながらこのサービスを試したうえで、後日感想記事を投稿させていただくことにする。
著者の中山先生は次の本も2年前にお書きになっている。目次を見ると本書の理論的側面を学べる本だということがわかる。合わせてお読みになるとよいだろう。
「量子アルゴリズム：中山茂」（目次）
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量子コンピュータ関連の本： Amazonで検索
関連記事：
発売情報： クラウド量子計算入門： 中山茂
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/d360b69100fbe723c5b9410dbf3f5f4d
量子コンピュータ入門：宮野健次郎、古澤明
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/ef75709187cf4b35a12f2d9fdf73a320
ファインマン計算機科学：ファインマン, A.ヘイ, R.アレン
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/4f7f453019fd463ed2bfdeaa7b288d79
関連ページ：
IBMの量子コンピュータを使ってみた
http://kadora.hatenablog.com/entry/2016/09/10/230116
従来のPCの1億倍高速な量子コンピューターはどのような仕組みで動いて物理的限界を突破しているのかがわかるムービー
http://gigazine.net/news/20151210-quantum-computers-explained/
わかりやすい量子コンピュータ
http://matome.naver.jp/odai/2133630808407668301
「ITエンジニアのための量子コンピュータ入門」連載一覧
http://codezine.jp/article/corner/629
量子力学の反常識が創りだす量子コンピューティングの世界
?量子コンピュータの頭脳としての量子アルゴリズム?
http://www.kyoto-su.ac.jp/project/st/st14_03.html
米メリーランド大学、世界初となる「汎用計算可能量子コンピュータ」モジュールを開発
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1014034.html
関連動画：
量子論、量子テレポーテーション、量子コンピュータ
量子チェス（Quantum Chess）の解説動画（記事１ 記事２）
ホーキング教授と俳優ポール・ラッドが量子チェスで決闘（記事）
注意： 量子チェスは量子コンピュータと直接の関係はありません。念のため。
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「クラウド量子計算入門―IBMの量子シミュレーションと量子コンピュータ： 中山茂」
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第1章 はじめてのIBMの5量子ビット実験
1.1 IBMの量子シミュレーションと量子コンピュータ実験
1.2 クラウド量子計算に期待されること
1.3 クラウド量子計算への歩み
1.4 はじめてのIBMのクラウド量子計算
1.5 はじめてのIBMの量子シミュレータ
1.6 はじめてのIBMの量子コンピュータ
第2章 パウリゲートの量子実験
2.1 パウリゲートとは
2.2 恒等ゲートとパウリゲートを使った量子シミュレータ実験
第3章 アダマールゲートの量子実験
3.1 アダマール変換とは
3.2 アダマール演算による量子シミュレータ実験
第4章 位相シフトゲートの量子実験
4.1 位相シフト演算とは
4.2 T深度による量子実験
第5章 制御NOTゲートの量子実験
5.1 制御NOTゲートと重ね合わせ状態
5.2 制御NOTゲートによるもつれ状態生成
5.3 制御NOTゲートにおけるパウリ演算子
5.4 制御NOTゲートによる交換ゲート
5.5 制御Uゲートの生成
第6章 トフォリゲートの量子実験
6.1 3量子ビットのもつれ状態
6.2 トフォリゲートの量子実験
6.3 フレッドキンゲートの量子実験
第7章 ドイチ・ジョザ問題の量子実験
7.1 ドイチ問題の量子実験
7.2 ドイチ・ジョザ問題の量子実験
第8章 ベルンシュタイン・ヴァジラニ問題の量子実験
8.1 関数f(x)=x・aの定数aを求めるベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
8.2 n=1のベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
8.3 n=2のベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
8.4 n=3のベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
第9章 サイモン問題の量子実験
9.1 サイモン問題とは
9.2 n=2のサイモン問題の量子実験
第10章 量子フーリエ変換の量子実験
10.1 量子フーリエ変換の定義
10.2 量子フーリエ変換に必要な制御Sゲートの作成
10.3 量子フーリエ変換ゲートの実装
10.4 逆量子フーリエ変換ゲート
10.5 量子フーリエ変換によるシフト不変性
第11章 位相・固有値・位数推定問題の量子実験
11.1 位相推定問題の量子実験
11.2 ユニタリ変換の固有値推定アルゴリズムの量子実験
11.3 位数発見アルゴリズムの量子実験
第12章 ショアの素因数分解問題の量子実験
12.1 因数分解とユークリッドの互除法
12.2 ショアの素因数分解アルゴリズム
12.3 ショアの素因数分解のための量子回路
第13章 グローバーの探索問題の量子実験
13.1 グローバーの探索問題とは
13.2 グローバーの振幅増幅手法の量子回路
第14章 量子非局所性の量子実験
14.1 量子非局所性とCHSH不等式
14.2 GHZ状態の量子非局所性実験
第15章 量子通信の量子実験
15.1 量子高密度符号
15.2 量子転送
第16章 量子エラーとスタビライザー測定
16.1 量子エラーとシンドローム診断
16.2 ビットパリティ識別
16.3 符号パリティ識別
第17章 量子誤り訂正の量子実験
17.1 量子誤り訂正のための符号化と複合化
17.2 量子誤り訂正ゲート
内容紹介：
IBMから提供される無料の量子計算プラットフォームを体験する!大学での講義を想定した豊富な例題、演習、実験で理解を深める。16の量子実験を通して、量子アルゴリズムを学び、量子シミュレーションで実行する。
2016年10月10日刊行、331ページ。
著者について：
中山茂（なかやましげる）
京都生まれ。京都大学大学院工学研究科博士課程修了後、上智大学、英国Reading大学、京都工芸繊維大学、兵庫教育大学、英国Oxford大学、鹿児島大学を経て、2014年に定年退職。京都大学工学博士。
理数系書籍のレビュー記事は本書で329冊目。
IBM Quantum Experience（入口）
http://www.research.ibm.com/quantum/
第1回の記事で「量子論理回路を具体的に紹介したいので１章ずつ記事を書いて紹介する。主要な画面のスクリーンショットを載せて概要がわかるようにしたい。」と書いたが、２つの理由により方針変更し、全体を読み終えてから感想を書かせていただくことにした。
理由のひとつは、このクラウドサービスの仕様が本書執筆のときから変更されていて、ブログ記事で効率的に説明するためのスクリーンショットが撮りにくい状態になっていることだ。
本書が執筆されている時点では、量子論理回路をComposerで作成する歳に「Ideal Quantum Proccessor」という選択肢が用意されていた。現在はこれが使用できない。
「Ideal Quantum Processor」は量子コンピュータを古典コンピュータを使ってシミュレートするものである。これを選択するとComposerは次のような画面で表示されていた。
MEASUREというところに２つのアイコンがあることがおわかりになると思う。左は演算結果の量子ビットを測定するため、右はその測定をブロッホ球で表示するための測定のためのアイコンだ。そして、これら２つの測定アイコンは各量子ビットごと、複数配置することができる。量子ビット毎の測定結果を同じ画面で一度に表示させることができるわけだ。
そして測定結果のブロッホ球も、測定アイコンを配置した数だけ同じ画面で表示されるから、わかりやすいスクリーンショットを撮ることができる。
本書にも書かれているがComposerの選択画面で「Real Quantum Processor」を選択すると、配置できる測定アイコンはひとつだけなので、量子ビット毎に複数の測定アイコンを置くことができない。またブロッホ球測定のアイコンは現在の仕様では無くなってしまっている。
本書ではわかりやすいスクリーンショットを掲載するために、あえて「Ideal Quantum Proccessor」を選択しているのだと理解した。そして、現在はこの手法が使えないのである。
わかりやすく見せるためにスクリーンショットを加工して、複数の量子ビットを同じ画面に表示させると「嘘画面」を紹介することになるし、各量子ビット毎に画面を載せるのでは、記事はだらだらと長くなり、わかりづらい解説になってしまう。
理由の２つめは、現在の仕様で解説しているわかりやすいサイトやブログがあることに気が付いたことだ。僕が紹介したいことがすでに書かれているから、時間を割いて同じような記事を書く必要がなくなってしまった。特に最初のものはこのサービスを提供しているIBMの方による記事で3月17日に公開されたばかりだ。日本語版オフィシャルサイトといってよい。
読者のみなさんには、次のようなサイト、ブログでこのクラウドサービスの詳細を理解していただきたい。
IBM Quantum Computing で計算してみよう
https://www.ibm.com/developerworks/jp/cloud/library/cl-quantum-computing/
量子コンピュータと量子ゲートと私
http://qiita.com/eccyan/items/180fb909a55a59bb4e1b
主婦が始める量子コンピュータ
http://keropiyo3.hatenablog.com/
もちろん本書はこのクラウドサービスや量子ゲートや演算の詳細を具体的に学ぶのに良い本だと思う。いま第４章を読んでいるところだ。
ただし、上記３つのサイト、ブログは入門的なもので本書の第４章までの内容が中心である。第５章で解説される制御NOTゲート（CNOTゲート）を使うことで、はじめて量子ビットの「もつれ状態（EPR状態）」を作り出すことができ、量子コンピュータらしいアルゴリズムが実装可能になる。今後、これらのサイトに制御NOTゲートの使用例が追記されていくことを期待している。
英語のUser Guideのほうには、もちろん制御NOTゲートを使った「もつれ状態」、たとえば「ベル状態（説明１、説明２）の量子ゲート回路の構成の仕方が解説されている。
このようなわけでブログ記事のほうは方針変更させていただき、差し当たり全体を通読しながらこのサービスを試したうえで、後日感想記事を投稿させていただくことにする。
著者の中山先生は次の本も2年前にお書きになっている。目次を見ると本書の理論的側面を学べる本だということがわかる。合わせてお読みになるとよいだろう。
「量子アルゴリズム：中山茂」（目次）
量子コンピュータ関連の本： Amazonで検索
関連記事：
発売情報： クラウド量子計算入門： 中山茂
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/d360b69100fbe723c5b9410dbf3f5f4d
量子コンピュータ入門：宮野健次郎、古澤明
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/ef75709187cf4b35a12f2d9fdf73a320
ファインマン計算機科学：ファインマン, A.ヘイ, R.アレン
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/4f7f453019fd463ed2bfdeaa7b288d79
関連ページ：
IBMの量子コンピュータを使ってみた
http://kadora.hatenablog.com/entry/2016/09/10/230116
従来のPCの1億倍高速な量子コンピューターはどのような仕組みで動いて物理的限界を突破しているのかがわかるムービー
http://gigazine.net/news/20151210-quantum-computers-explained/
わかりやすい量子コンピュータ
http://matome.naver.jp/odai/2133630808407668301
「ITエンジニアのための量子コンピュータ入門」連載一覧
http://codezine.jp/article/corner/629
量子力学の反常識が創りだす量子コンピューティングの世界
?量子コンピュータの頭脳としての量子アルゴリズム?
http://www.kyoto-su.ac.jp/project/st/st14_03.html
米メリーランド大学、世界初となる「汎用計算可能量子コンピュータ」モジュールを開発
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1014034.html
関連動画：
量子論、量子テレポーテーション、量子コンピュータ
量子チェス（Quantum Chess）の解説動画（記事１ 記事２）
ホーキング教授と俳優ポール・ラッドが量子チェスで決闘（記事）
注意： 量子チェスは量子コンピュータと直接の関係はありません。念のため。
ブログ執筆のはげみになりますので、１つずつ応援クリックをお願いします。
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「FC2自然科学ブログランキング」：不正の例１ 例２（クリックしてからTwitterアプリで開くと画像は鮮明に見れます。）
（不正クリックブログの見分け方）
「クラウド量子計算入門―IBMの量子シミュレーションと量子コンピュータ： 中山茂」
第1章 はじめてのIBMの5量子ビット実験
1.1 IBMの量子シミュレーションと量子コンピュータ実験
1.2 クラウド量子計算に期待されること
1.3 クラウド量子計算への歩み
1.4 はじめてのIBMのクラウド量子計算
1.5 はじめてのIBMの量子シミュレータ
1.6 はじめてのIBMの量子コンピュータ
第2章 パウリゲートの量子実験
2.1 パウリゲートとは
2.2 恒等ゲートとパウリゲートを使った量子シミュレータ実験
第3章 アダマールゲートの量子実験
3.1 アダマール変換とは
3.2 アダマール演算による量子シミュレータ実験
第4章 位相シフトゲートの量子実験
4.1 位相シフト演算とは
4.2 T深度による量子実験
第5章 制御NOTゲートの量子実験
5.1 制御NOTゲートと重ね合わせ状態
5.2 制御NOTゲートによるもつれ状態生成
5.3 制御NOTゲートにおけるパウリ演算子
5.4 制御NOTゲートによる交換ゲート
5.5 制御Uゲートの生成
第6章 トフォリゲートの量子実験
6.1 3量子ビットのもつれ状態
6.2 トフォリゲートの量子実験
6.3 フレッドキンゲートの量子実験
第7章 ドイチ・ジョザ問題の量子実験
7.1 ドイチ問題の量子実験
7.2 ドイチ・ジョザ問題の量子実験
第8章 ベルンシュタイン・ヴァジラニ問題の量子実験
8.1 関数f(x)=x・aの定数aを求めるベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
8.2 n=1のベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
8.3 n=2のベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
8.4 n=3のベルンシュタイン・ヴァジラニ問題
第9章 サイモン問題の量子実験
9.1 サイモン問題とは
9.2 n=2のサイモン問題の量子実験
第10章 量子フーリエ変換の量子実験
10.1 量子フーリエ変換の定義
10.2 量子フーリエ変換に必要な制御Sゲートの作成
10.3 量子フーリエ変換ゲートの実装
10.4 逆量子フーリエ変換ゲート
10.5 量子フーリエ変換によるシフト不変性
第11章 位相・固有値・位数推定問題の量子実験
11.1 位相推定問題の量子実験
11.2 ユニタリ変換の固有値推定アルゴリズムの量子実験
11.3 位数発見アルゴリズムの量子実験
第12章 ショアの素因数分解問題の量子実験
12.1 因数分解とユークリッドの互除法
12.2 ショアの素因数分解アルゴリズム
12.3 ショアの素因数分解のための量子回路
第13章 グローバーの探索問題の量子実験
13.1 グローバーの探索問題とは
13.2 グローバーの振幅増幅手法の量子回路
第14章 量子非局所性の量子実験
14.1 量子非局所性とCHSH不等式
14.2 GHZ状態の量子非局所性実験
第15章 量子通信の量子実験
15.1 量子高密度符号
15.2 量子転送
第16章 量子エラーとスタビライザー測定
16.1 量子エラーとシンドローム診断
16.2 ビットパリティ識別
16.3 符号パリティ識別
第17章 量子誤り訂正の量子実験
17.1 量子誤り訂正のための符号化と複合化
17.2 量子誤り訂正ゲート