Slide 1: ~iii CEDDSSBFRNOREY~
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Slide 2: 量子力学とは？？？
最近、”量子（力学）“ってよく聞きますよね！ 量子力学とは？？？ © 2023 SoftBank Corp. 49
Slide 3: 量子力学
量子力学 意味わからないニャ！！ ◆量子力学とは 分子や原子を構成する電子など、微視的な物理現象を記述する力学 取り扱う系をミクロな系の集まりとして解析することによって、ニュートン力学に 代表される古典論では説明が困難であった巨視的な現象についても記述可能 ◆そもそも量子力学の必要性は？ なんで必要ニャのだろう？ よく聞く回答 • 物質の粒子と波動の性質を記述 目的と手段が逆 • 素粒子の性質を記述 © 2023 SoftBank Corp. 50
Slide 4: 量子力学の必要性とは？
◆量子力学の必要性とは？ • 既存の理論では現実を説明できない ✓ 物理とは、現実を記述する学問。（人間にも）理解できるように理論をたて、仮定をおき、 数学という言葉を使って現実を記述するもの。理論と仮定の下に導き出された結論が、 実験に合えば理論と仮定は正しいと言える。逆に実験に合わない、現実を説明できない時、 理論か仮定は使い物にならない。（宗教や哲学はこうはいかないような・・・） 量子力学が必要なのは現実を説明するため （人間はあらゆる自然現象を記述したい！！） © 2023 SoftBank Corp. 51
Slide 5: 量子力学なしでは説明できない事象は？
◆量子力学なしでは説明できない事象は？（古典力学では無理） • 空洞輻射問題 → 量子力学の幕開けへ どこにでもでてきますニャ！ • 水素原子スペクトル問題 → 電子の波動性へ でも・・・よくわからないニャ • 光電効果問題 → 光の粒子性へ 完成されたと思われていた物理学（古典力学）では解けない謎。その謎 を解くためにさまざまな物理学者が一大推理合戦を開始。これらの謎は すべて解き明かされ、このとき分かった新たな基本法則が量子力学 © 2023 SoftBank Corp. 52
Slide 6: 粒子の粒子性と波動性
◆粒子の粒子性 • 粒子(質点)として振る舞うこと ← 質点の運動を想像すればわかる ◆粒子の波動性 何を言っているのかわからんニャ • 波動性でいう「波の性質とは」何のことなのか？？？ ✓ 量子力学のスケールでも波動性が強く表れるや粒子性が強く表れるなど、 訳がわからなくなってくる 波動性について考えよう！！！ ◆ 粒子が波として振る舞うことを物理的に考察 • 有名な二重スリット実験 (波動性を考える発端) ✓ 緑色 → 粒子が多く集まる場所 ✓ 周期的に多いところと少ないところに分かれる →統計的・確率論的に粒子のいるところが予測可能 波動性とは、 粒子が統計的に振る舞うこと 粒子は粒子性
Slide 7: 量子力学とは？
◆量子力学とは？ • 現代科学技術の根幹となっている基礎理論 • 様々な物理量を量子化することにより、素粒子論や弦理論など 多くの物理学の基礎 • 応用例が非常に多く、物理だけでなく、化学や生物、情報などに 幅広く用いられている 量子について知る ＝ 現代の科学を知ること ますますわからんニャ！！ 何からやればいいのかニャ？ 量子特有なものとかあるのかニャ？ © 2023 SoftBank Corp. 54
Slide 8: シュレディンガー方程式
簡単です！！ d 一言でいうと量子力学とは i (t ) = H (t ) dt シュレディンガー方程式 i : 虚数単位 d : 時間に関する微分 を理解すること！！！ dt = h 2 : ディラック定数 H : ハミルトニアン ◆ 量子特有 • 重ね合わせ • もつれ状態 こういうような説明するからわからん 分野とか言われるんだニャ 少し寄り道しすぎてますので、本題に戻りつつ、バトンを渡しましょう！！ © 2023 SoftBank Corp. 55
Slide 9: 重ね合わせ
重ね合わせ ◆量子重ね合わせとは １つの量子ビットで「０」と「１」を同時に表現することができる性質 古典ビット：「０」と「１」のどちらかしかとらない 量子ビット：「０」と「１」のどちらもとることが可能 超高速・超並列計算が可能 AI/Big dataの拡大に伴い、 コンピューターパ ワーが求められているが、 従来型コンピューターの性能限界がささやかれ、 量子コンピューティングへの期待が高まる © 2023 SoftBank Corp. 56
Slide 10: 量子もつれ（量子エンタングルメント）
量子もつれ（量子エンタングルメント） ◆量子もつれとは 粒子（量子）同士に強い相関関係（結びつき）がある状態（代表例：EPRペア） 量子もつれ状態にあると、 量子状態の操作（観測）により、他の量子状態に影響をあたえる 観測しないとわからない（確定しない）が、観測を行い 一方が確定すると自動的に他方が決定 ややこしいニャ 通信に「量子もつれ」を利用 量子テレポーテーション （通信＆セキュリティ） © 2023 SoftBank Corp. 57
Slide 11: 量子テレポーテーション（概要）
量子テレポーテーション（概要） Alice 観測結果 Bob (送信者) classical (受信者) communication あら不思議！ 送りたい情報を送って いないのに届いた！！ 復元鍵適用 送りたい情報 （測定結果に対応した） 観測 Aliceの観測により状態変化 © 2023 SoftBank Corp. 58
Slide 12: 重ね合わせや量子もつれ
◆重ね合わせや量子もつれ 量子コンピューターや量子通信、セキュリティに関係 ◆量子コンピューターと量子通信やセキュリティは 何か関係があるのか？ © 2023 SoftBank Corp. 59
Slide 13: FTQC登場による暗号の危殆化
◆量子コンピューターの実用化はまだまだといったけど・・・ 2030年代のFTQC (Fault Tolerant Quantum Computer) 登場による危殆化 瞬時に暗号解読の可能性があるため 実現すれば現代暗号の脅威に！！ ◆ 対策は？ 2031年以降は、下記の対応が必要 ✓ より鍵の長いRSAの利用 • 現在の2048bitのRSAは、安全利用は2030年まで（NIST標準規格SP 800-57） ✓ これから標準化されるPQC、QKDへの移行やハイブリッド化 上記だけでは不十分で、 ◆10年後、20年後も価値のある情報の対策 • 今はまだ解読できなくてもデータを保存し、将来解読で
Slide 14: 次世代暗号技術による安全性の確保
量子コンピューターにより既存の暗号通信が解読される可能性大 次世代暗号技術により安全性の確保が必要不可欠 求められるセキュリティ要件に応じて、量子暗号通信、耐量子計算機暗号等 のベストミックスにより総合的なセキュリティを実現 信頼のある通信網を構築し安全・安心な社会の実現 文字ばかりでわからんニャ © 2023 SoftBank Corp. 61
Slide 15: 将来のネットワークセキュリティ
将来のネットワークセキュリティ 現在のネットワークは繋がることを第一として考え、構築して きたニャ (ユビキタス社会) セキュリティは全くと言っていいほど考えていなかったニャ 量子・古典ハイブリッドイメージ 求められるセキュリティ要件に応じて、量子暗号通信、耐量子計算機暗号等の ベストミックスにより総合的なセキュリティを実現 • 機密情報データ漏洩低減 信頼のある通信網を構築し安全・安心な社会の実現 • サイバーセキュリティ強化 • 10, 20年後も価値のある情報保護 QKD、PQC、量子もつれ、秘密分散、量子ネットワーク etc. • 超長期にわたる機密性保持 内閣府「量子未来社会ビジョン
Slide 16: 「量子」＋「情報」複合領域にまたがる新たな分野
情報科学・技術 量子物理学 計算機科学 固体物理学 機械学習 量子情報通信 原子物理 制御工学 複合領域にまたがる新たな分野 「量子」＋「情報」 量子光学 量子もつれ光源 通信工学 スクィズド光 情報理論 光子検出技術 シャノン情報理論 符号理論 個別技術はもちろん大事 一方で、「量子」と「情報」の分野の融合である 統計学 「量子情報」は非常に重要 信号処理 全てを求めることは困難 © 2023 SoftBank Corp. （そんな人材はめったにいない！！） 63
Slide 17: 取り組み・活動紹介
◆取り組み・活動紹介 • 量子技術系への参加 ✓ QII（量子イノベーションイニシアティブ協議会） ✓ KQCC（慶應義塾大学量子コンピューティングセンター） ✓ 量子技術による新産業創出協議会（Q-STAR：Quantum STrategic industry Alliance for Revolution） • 活動を通してのユースケース創出 etc. • クラウドの量子コンピューターを使ったハンズオンを通じ, 量子コンピューターの特性を調査・検証 量子通信・量子暗号系 ✓ 企業や大学との共同開発・共同研究・共同実験 詳細は、この後の発表の村井様、新関様にバトンを渡します！！ （QKD、量