qiskitとは？初心者でもわかる量子コンピューティング入門共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

qiskitとは何か

qiskitは量子コンピュータを動かすためのオープンソースのソフトウェアライブラリです。IBM Quantum が中心となって開発しており、世界中の研究者や学生が日々使っています。ここでは初心者向けに、量子回路を設計して実機やシミュレータで実行する仕組みを分かりやすく解説します。

まずは基本を押さえましょう。量子ビットと呼ばれる情報の最小単位を使って計算を行います。従来のコンピュータのビットは0か1ですが、量子ビットは同時に0と1の状態をとることがあり得ます。これを重ね合わせと呼び、計算の可能性を広げます。さらに量子の世界にはもつれと呼ばれる現象があり、複数の量子ビットが互いに強く結びつくと、離れていても影響し合うことがあります。これらの性質をうまく使うと、特定の問題を従来より速く解く可能性が生まれます。

次に、実際の使い方の流れを見てみましょう。まず python と qiskit をインストールします。インストール後は QuantumCircuit という考え方を使い、回路にゲートと呼ばれる操作を順番に追加します。その後、バックエンドと呼ばれる計算の実行場所を選択します。Aer というシミュレーターを使えば自分のパソコン上で回路を試せますし、IBMQ を使えば実機デバイスで実行できることもあります。結果は測定値として返ってくるので、何回か実行して統計的な平均を取り、意味のある答えを読み解くのが基本です。結果の解釈には確率と統計の考え方が重要です。

ここからは qiskit の実務的な構成を押さえましょう。Qiskit は Terra, Aer, IBMQ などのモジュールから成り立っています。Terra は回路の設計と管理の核、Aer は回路のシミュレーション、IBMQ は実機デバイスへのアクセスを担当します。以下の表は主要モジュールの役割を整理したものです。

モジュール	説明
Terra	回路の設計と実行の核
Aer	回路のシミュレーション
IBMQ	実機デバイスへのアクセス

初心者が最初に知っておくべき点は、量子回路で得られる結果が必ずしも固定ではなく、回路を複数回実行して統計的に読み解く必要があることです。結果は確率的に現れるため、回路の設計と実行を繰り返して信頼できる答えを見つける訓練が求められます。

Qiskit を使う学習の道筋としては、まず環境設定と基本の回路作成から始め、次に簡単なアルゴリズムやデモを実行して感覚を掴みます。その後、ノイズの影響を理解するためのエラーモデルや、複雑な回路の最適化へと進みます。学習を進める際のポイントは、公式のチュートリアルと実践的な演習を組み合わせることです。チュートリアルが豊富で、初心者にも段階的な練習が用意されている点が大きな魅力です。

qiskitを使う基本的な流れ

以下の表は qiskit を使い始める時の基本的な手順を整理したものです。

ステップ	説明
環境設定	Python と qiskit をインストールする
回路作成	QuantumCircuit を使ってゲートを追加する
バックエンド選択	Aer や IBMQ を使って実行先を決める
実行と解析	実行して結果を統計的に解釈する

最後に、Qiskit は学習の入口として非常に有用なツールです。多くの教材とデータが揃っており、初学者でも手を動かしながら理解を深められます。自分のペースで、簡単な回路作成から始めて少しずつ難しいテーマへ進むとよいでしょう。

qiskitの関連サジェスト解説

qiskit aer とは: qiskit aer とは、量子回路を実機の量子コンピューターを使わずに再現できるソフトウェアのことです。Qiskitというオープンソースのソフトウェアキットの一部で、Pythonというプログラミング言語で使います。Aerは「シミュレーター」と呼ばれる機能を集めたモジュールで、もちろん正確さを追求しています。量子ビット（量子ビット）は同時に複数の状態をとる性質を持つので、普通のコンピューターのように計算を追従させるには、特殊な方法が必要です。Aerはそのような計算を、コンピューターの通常のCPUやGPUで行えるように最適化されており、状態ベクトル（量子状態の情報を表す長い数列）や密度行列（ノイズを含む状態）など、さまざまな表現方法を選べます。実験でよく使われるのは「ノイズあり」と「ノイズなし」の2つで、実機の機械的な誤差や温度の影響、測定の揺らぎなどを模倣できます。これにより、実機で動く前に回路が正しく動くかどうかをチェックできます。Aerにはいくつかのバックエンド（実際に動く部品のようなもの）があります。最も基本的なのはAerSimulatorで、これを使ってPythonのコードから回路を実行します。使い方は、Qiskitで作った回路をAerSimulatorに渡して、実行回数を設定し、結果を確認します。結果は測定結果の確率分布やビットの状態の統計として返ってきます。初心者はまず短い回路から試し、ノイズなしで動くことを確かめてからノイズモデルを追加していくと理解しやすいでしょう。さらに、Aerはパラメータチューニングや大規模な回路の並列計算にも対応しており、教育現場や研究の入門にも向いています。要するに、qiskit aer とは量子回路の「実機前の練習場」のようなもので、ノイズの影響まで再現できる高性能なシミュレーターです。これを使うと、プログラミングの練習をしながら、将来の実機での動作を予測・検証できます。

qiskitの同意語

IBM Qiskit: IBMが提供・管理する、量子計算用のオープンソースソフトウェアキット（総称）
Qiskitフレームワーク: 量子回路の作成・実行・検証を一つにまとめた開発用の枠組み・ツール群
QiskitSDK: ソフトウェア開発キット（SDK）としてのQiskit。APIとライブラリの集合体。
Qiskitライブラリ: 量子アルゴリズム・ツール・モジュールを集めたライブラリ群
オープンソース量子計算ライブラリ: 公開ソースの量子計算用ライブラリで、自由に使え・改変できるソフトウェア群
量子プログラミング用ライブラリ: 量子プログラミングの実装を支えるコード集・API群
量子計算開発キット: 量子計算の開発を支援するツール・サンプル・APIを集めたセット
Qiskit Terra: Qiskitの基盤モジュール。回路設計とバックエンド実行の機能を提供
Qiskit Aer: 量子計算のシミュレーター機能を提供するモジュール
Qiskit Ignis: ノイズ評価・デバッグ・検証を補助するモジュール（統合・廃止の動きがある場合あり）
Qiskit Nature: 化学・材料科学など自然科学分野の問題を量子計算で解く機能群
Qiskit Finance: 金融分野向けの量子アルゴリズム・ツール群（Aquaなどの一部として提供されていたことがある）
Qiskit Optimization: 組合せ最適化問題を量子・ハイブリッド手法で解く機能群

qiskitの対義語・反対語

古典計算: 量子を使わず従来の古典的な計算方法を指す。Qiskit が量子コンピューティングのライブラリであるのに対して、古典計算はその対義語的な位置づけになることが多い。
非量子計算: 量子性を使わない計算全般。量子アルゴリズムの対極として扱われることが多い。
古典的プログラミング: 量子アルゴリズムを使わず、従来のプログラミング手法・言語での開発を指す。
クラシカル計算: 古典計算と同義。古い/従来の計算手法を表す語として用いられる。
古典ライブラリ: 古典計算を前提としたライブラリ。例として、NumPyやSciPyのような非量子向けツールを指すことがある。
非量子ライブラリ: 量子計算を前提としないライブラリ。量子を使わないアプリケーション開発向けのツール群を指す。
従来型計算: 現代の量子計算技術に対して、従来の計算手法を使うことを表す。

qiskitの共起語

Qiskit Terra: Qiskitの核となるライブラリで、量子回路の作成・管理・実行準備（トランスパイル・最適化・バックエンドの指定など）を担います。
Qiskit Aer: 高性能な量子回路シミュレーターで、実機の挙動を近似した結果を得るために使います。
Qiskit Ignis: ノイズ解析・エラー対策のツール群。デコヒーレンスやエラー率の評価、測定の統計処理などを支援します。
Qiskit Aqua: 旧世代のアルゴリズムライブラリ。化学・金融・最適化などのアルゴリズム実装を提供していましたが、現在は派生ライブラリへ分解されました。
Qiskit Nature: 化学・材料科学・物性などの分野向けの高レベルライブラリ。分子の性質計算や最適化問題の解法をサポートします。
IBM Quantum: IBMが提供するクラウド上の量子コンピューティングサービス。回路の実機実行やシミュレーションを行えます。
IBM Quantum Experience: IBM Quantumのウェブプラットフォームの名称。回路作成・実行・結果の閲覧が可能です（現在は IBM Quantum の一部として移行しています）。
OpenQASM: 量子回路を記述するオープンな言語。Qiskitはこの形式を内部で解釈してバックエンドへ渡します。
OpenPulse: 低レベルのパルス制御記述を扱う仕様。実機ハードウェアへの制御信号を直接設計・調整する際に使われます。
Pulse: 量子ビットを操作する制御パルス全般のこと。主にマイクロ波パルスなどを指します。
Qubit: 量子ビット。0と1の重ね合わせを取りうる、情報の最小単位です。
Quantum Circuit: 量子ゲートを順番に適用して作る回路のこと。量子計算の設計図にあたります。
Quantum Register: 複数のQubitをまとめた集合。回路内で一括して操作します。
Measurement: 量子状態を古典情報として取り出す操作。結果は0/1などの観測値になります。
Gate: 量子ゲート。単一量子ビットまたは二量子ビットの操作で、状態を変換します。
Transpile: 回路をバックエンドのサポートするゲートセットへ変換・最適化する処理です。
Basis gates: バックエンドが用意している基底ゲートの集合。トランスパイルの対象になります。
Backend: 実機のチップやシミュレーターなど、回路を実行する実行環境のこと。
Shot: 回路を実行する測定の反復回数。統計的な結果を得るためのサンプリング数です。
Quantum Algorithm: 量子アルゴリズム。例としてShor、Groverなど、量子力学の性質を活かして問題を解く手法です。
Quantum Simulator: 量子回路を古典的に模倣するシミュレーター。Aerが代表例です。
Quantum Hardware: 実際の量子プロセッサ（チップ）を指します。現場のノイズや制約を体験できます。
Classical Register: 測定結果を格納する古典ビットのレジスタ。回路の出力を保存します。
Python: QiskitはPythonライブラリとして提供され、Python環境で開発します。
Pip install qiskit: Pythonのパッケージマネージャーpipを使ってQiskitを導入する手順を指します。
Jupyter Notebook: 対話的にコードを実行しながら学ぶのに適したノートブック環境。Qiskitの学習にもよく使われます。