概要

量子コンピュータの動作原理と代表的アルゴリズムを理論から習得する

想定読者

量子情報理論を本格的に学ぶ大学院生・研究者、および量子アルゴリズム設計に取り組む上級エンジニア

こんな人には向いていない

• 線形代数・複素数・基礎的な確率論の素養がない読者には数式の密度が高すぎる
• 量子コンピュータの概念紹介レベル(「雰囲気をつかみたい」程度)を求める読者には本書は過剰な精度を要求する
• 第1巻(量子力学の基礎・量子回路)を未読の状態では前提が揃わない

読了後にできるようになること

• 量子回路モデル上での計算複雑性の評価方法と古典計算との比較
• ショアのアルゴリズム(素因数分解)とグローバーのアルゴリズム(探索)の数学的導出と動作原理
• 量子フーリエ変換の構成と量子位相推定への応用
• 量子アルゴリズムが指数的速度優位を持つ問題クラスの識別
• 量子計算の計算量理論(QMA・BQP 等のクラス)の基礎的理解
• ユニタリ変換とテンソル積を通じた多体量子系の数学的扱い

ハイライト

• 有名なニールセン＆チャンの教科書がCitation数32,610でぶっちぎりの１位でした。日本語版もありますが、『量子コンピュータと量子通信１』は絶版になっていて、amazonでみると48,000円以上で出品されています。(量子コンピューティング分野での本書シリーズの圧倒的な引用数と、日本語版の希少性を端的に示している)
• 量子情報理論の世界的な定本である"Quantum Computation and Quantum Information"の翻訳版。量子コンピュータの仕組みからその計算アルゴリズムまで、量子コンピュータを実現するための理論と技術をわかりやすく解説している。(出版社による紹介文。「世界的な定本」という位置づけが明示されている)

外部からの言及

• 量子コンピューティング関連の論文・記事では、本書シリーズ(Nielsen & Chuang)がCitation数32,000超で他を圧倒する定番リファレンスとして引用される。アルゴリズム解説・誤り訂正・量子通信のいずれの文脈でも出典として頻出する(qiita)
• 独学での通読は難易度が高く、輪読会形式での学習が推奨される事例が複数ある。入門書を経た後のステップとして位置づけられており、研究者コミュニティでは事実上の必携テキストとして扱われている(qiita)

編集メモ

Qiita 上での言及記事数 33件以上(検索ヒット)、代表記事 likes 合計 154以上。Citation数32,000超で量子コンピューティング分野の世界的定本として複数記事が言及。日本語版は入手困難(絶版・中古価格4万円超)なため現行流通を確認した上での希少価値も高い

読む前に押さえておきたいこと

• 線形代数(固有値・固有ベクトル・ユニタリ行列)
• 複素数の基本演算(オイラーの公式・複素指数関数)
• 離散数学・初等整数論(合同演算・素因数分解の基礎)
• 古典計算量理論の概念(P/NP クラスの基本的な理解)
• 本シリーズ第1巻に相当する量子回路・量子状態の基礎知識

学習のコツ

• 第2巻単体ではなく第1巻(量子力学・量子回路の基礎)を先に通読してから本書に入ること。本書はそれらを既知として展開する
• ショアのアルゴリズム章は「量子フーリエ変換→位相推定→素因数分解」という三段構成を先に俯瞰してから各節を読むと繋がりが見えやすい
• 輪読会や勉強グループでの読み進めが効果的。難解な箇所で詰まることを前提に、週次で議論しながら進める形式が定着している
• 英語原書(Quantum Computation and Quantum Information)はオープンアクセスで入手可能であり、翻訳が不明瞭な箇所は原著と照合するとよい