【量子コンピュータのしくみを数学で理解しよう！】量子力学の面白くも不思議なイメージが強い量子コンピュータですが、コンピュータである以上アルゴリズムにもとづいて処理を行っています。本書では、行列と確率を中心とした数学を用いて、一から量子アルゴリズムを解説します。また、量子プログラミングの初歩にも触れるので、量子プログラミングに興味があるプログラマのかたにも役立ちます。この本を片手に手と頭を動かしながら、量子コンピュータの「頭の中」をのぞいてみましょう。■こんな方におすすめ・量子コンピュータに興味があるプログラマ・量子アルゴリズムについて知りたいかた■目次●第1章 量子コンピュータへのいざない 1.1 量子コンピュータへの期待 1.2 量子コンピュータの歴史 1.3 古典コンピュータと量子コンピュータの違い 1.4 量子コンピュータによくある誤解 コラム:量子力学が分からなくても量子コンピュータを理解するには●第2章 量子コンピュータ入門以前 2.1 量子コンピュータは「行列」の世界 2.2 行列の基本をおさらい 2.3 集合 2.4 複素数 2.5 ゲートの正体である行列（ユニタリ行列） 2.6 内積 2.7 複数ビットを支える行列（テンソル積） 2.8 論理式を実現する古典回路●第3章 量子コンピュータの基本ルール 3.1 この章で学ぶこと 3.2 量子コンピュータの基礎「量子ビット」 3.3 計算結果を得る「測定」 3.4 ビットの状態を変化させる「量子ゲート」 3.5 量子状態の区別がつくとき、つかないとき コラム:どうして量子コンピュータの演算はユニタリ行列なのか●第4章 行列で読み解く量子回路の基本 4.1 この章で学ぶこと 4.2 量子ゲートと量子回路 4.3 重ね合わせ状態を作る「アダマールゲート」 4.4 NOTの役割を果たす「Xゲート」 4.5 位相反転させる「Zゲート」 4.6 ’’ゲートがない’’状態を作る 4.7 量子ゲートの性質 4.8 量子ビットを測定する 4.9 1量子ビットの量子回路を数学的に表す●第5章 2量子ビットに拡張する 5.1 この章で学ぶこと 5.2 2量子ビットは「テンソル積」で表す 5.3 2量子ビットでの測定とユニタリ発展 5.4 積状態と量子もつれ状態 5.5 量子複製不可能定理●第6章 2量子ビットの量子回路 6.1 この章で学ぶこと 6.2 ややこしい計算をやさしくする工夫 6.3 標的ビットを制御する「CNOTゲート」 6.4 量子ビットを入れ替える「SWAPゲート」 6.5 量子ビットを測定する 6.6 2量子ビットの量子回路を数学的に表す コラム:量子コンピュータの実行結果を検証する技術―量子状態トモグラフィ●第7章 量子プログラミング入門編 7.1 この章で学ぶこと 7.2 量子プログラミング言語・ライブラリ 7.3 Qiskitを利用する 7.4 量子回路に関する用語 7.5 基本的な量子プログラミング 7.6 実行結果と量子回路の可視化 7.7 ゲートと関数の対応 7.8 自分のPCで実行する方法 7.9 発展:人間が書いたプログラムを量子コンピュータ向けに変換する技術―量子コンパイラ●第8章 n量子ビットの世界 8.1 この章で学ぶこと 8.2 量子ビットを一般化する 8.3 測定（確率の世界） 8.4 ユニタリ発展（行列の世界） 8.5 一部の量子ビットの測定 8.6 1量子ビットのテンソル積を用いた計算 8.7 代表的なn量子ビットの量子ゲート 8.8 重ね合わせ状態を利用した計算 8.9 排他的論理和とオラクル 8.10 発展:量子コンピュータを使って任意の2＾n次正方行列のかけ算を計算する●第9章 量子テレポーテーション 9.1 この章で学ぶこと 9.2 量子テレポーテーションとは？ 9.3 量子テレポーテーションの方法 9.4 量子テレポーテーションのプログラミング 9.5 発展:量子インターネット●第10章 量子誤り訂正入門 10.1 この章で学ぶこと 10.2 量子誤り訂正の必要性と制約 10.3 ビット反転エラーの誤り訂正 10.4 位相反転エラーの誤り訂正 10.5 ショア符号 10.6 発展:量子誤り訂正の重要性●第11章 ドイッチュのアルゴリズム 11.1 この章で学ぶこと 11.2 定数関数とバランス関数 11.3 ドイッチュのアルゴリズムが解く問題 11.4 古典コンピュータで解く場合 11.5 補助量子ビットによる拡張 11.6 ドイッチュのアルゴリズムの方法 11.7 ドイッチュのアルゴリズムのプログラミング 11.8 発展:ドイッチュ-ジョザのアルゴリズム●第12章 グローバーのアルゴリズム 12.1 この章で学ぶこと 12.2 グローバーのアルゴリズムとは？ 12.3 グローバーのアルゴリズムの方法 12.4 グローバーのアルゴリズムのプログラミング 12.5 発展:グローバーのアルゴリズムの応用●付録 量子プログラミング実機編 A.1 この章で学ぶこと A.2 実機を使う準備 A.3 実機でプログラムを実行 A.4 APIから実機の情報を確認する方法 A.5 IBM Quantum以外の場所から実機を実行する方法 A.6 発展:量子エラー抑制■著者プロフィール束野仁政:大阪大学量子情報・量子生命研究センター特任研究員。修士（理学）。実用的な量子コンピュータを実現するため、ソフトウェアを開発している。国産量子コンピュータ初号機による量子計算クラウドサービスの研究開発に従事。量子コンピュータの面白さを多くの人に広めたいと思い、入門書・入門記事の執筆等の活動を行っている。