量子電腦入門：從零開始了解未來運算革命 基礎から学ぶ　量子コンピューティング

打開量子世界之門，讓複雜問題迎刃而解！
打開本書，讓看似遙遠的量子電腦變得直觀又親切。
你將發現量子運算並非遙不可及，
而是人人都能理解、參與、並用於創新未來的強大工具！

　　在網路上搜尋過「量子電腦」的資訊，卻總覺得複雜艱澀。又或者好奇量子電腦究竟和我們手上的傳統電腦有何不同？本書正是為這樣的你而寫！
　　以高中數學為基礎、由淺入深、圖解豐富的量子運算入門指南！

　　全面揭示兩大主流量子電腦架構
　　本書首先從量子運算的基礎概念著手，介紹「閘型量子電腦」與「退火型量子電腦」兩種主要架構的原理、發展與現狀，並特別聚焦於現今最具實用價值、可用於解決龐大組合最佳化問題的「易辛機」。

　　用實例打破抽象，逐步拆解問題
　　作者擅長用生活化或經典案例帶領讀者深入從「最大割問題」如何分組讓人際衝突最小化，到「背包問題」「圖著色」「旅行推銷員路線」等典型最佳化難題，一步步教你如何解開經典題型的答案。

　　機器學習新路徑，展現量子時代潛力
　　例如如何利用QBoost結合弱判別器，提高影像辨識與資料分群的效率，並以手寫數字辨識為例，具體解析機器學習與易辛機的結合模式，讓讀者不只停留於理論，還能體會量子計算如何實際影響AI發展。

　　未來展望與技術趨勢，一書盡覽
　　詳細分析量子電腦產業的最新進展、易辛機與閘型量子電腦的瓶頸與突破、如何實現大規模、低錯誤率的容錯型量子計算，以及自動化工具帶來的便捷新革命。即使是初學者，也能藉由本書架構，了解從數學建模、公式化到參數調整等真實運用流程，掌握未來科技趨勢的關鍵脈動。

　　★★★國立臺灣大學物理系 管希聖教授審訂★★★

<序>

前言

　　拿起本書閱讀的人，應該都是對量子電腦有興趣或至少是聽過「量子電腦」這個詞吧。最近，在日本出版了許多量子電腦相關的入門書。只要在網路上搜尋，就能找到量子電腦的入門教材。但是，網路上較多的教材都只是複製貼上而已，又或者只要按下執行鍵就能立刻進行計算。可是從執行到出現結果之間，各位不會覺得都不知道到底做了些什麼嗎？本書的目的就是幫助大家從這階段起往前邁進。

　　「量子運算」是利用量子電腦的運算手法。量子電腦可以大致分為閘型量子電腦與退火型量子電腦。此外還有一種雖不是量子電腦，但是透過退火型量子電腦做出發想而開發出的模擬退火量子電腦。本書中首先會從基礎開始仔細解說，以讓大家能理解它們的差異。

　　本書特別致力於說明使用易辛機（Ising Machine）來解決具體問題的方式。易辛機是解開組合最佳化問題專用的電腦，指的是退火型量子電腦以及模擬量子電腦。組合最佳化問題的應用範圍很廣，知道具體的問題解法後，就容易想像量子電腦派上用場的景況。若能像這樣建立起想像並湧現出興趣，應該就能去閱讀再稍微專業一點的專門資料，或是試著使用量子電腦。

　　本書設定的目標讀者群是從高中生起，還有大學生以及對量子電腦有興趣的社會人士。是以有高中數學知識為前題。部分內容會使用到大學一年級程度的數學，但必要的知識會補充在附錄中。

　　本書中針對用易辛機解決的問題會舉出豐富的例子來說明，讓讀者能想像用易辛機解決問題，以及學會相關的知識。另一方面也統整了關於閘型量子電腦的基礎知識介紹。若要正式說明，則需要比高中數學更高程度的知識。關於使用閘型量子電腦來解決問題的方法，建議可以參考更專門的書籍或網路資訊（書末會有介紹）。

　　本書是由六個章節與附錄所構成。第1章中是說明量子運算的概要。介紹量子運算到目前為止的發展與現況，以及幾個應用例子。

　　第2章是說明用易辛機計算的機制以及使用易辛機解題時所需的基礎知識。第3章是舉出典型的組合最佳化問題，說明使用易辛機來幾決問題的方法。若能閱讀到此，應該就能使用易辛機來進行計算了。第4章的內容稍微有些延伸，是介紹使用易辛機的機器學習。是將機器學習的一部分採用為組合最佳化問題，並在該計算中使用易辛機的方法。

　　第5章則轉為簡單地介紹閘型量子電腦運算的機制與演算法。第4章與第5章的內容是延伸性且有些難的，所以在附錄中會寫有補充。最後的第6章則是介紹量子電腦最近幾年間的發展以及思考今後的展望。

　　本書執筆期間，日本東北大學大關真之老師在企劃階段給了我結構上的建議，在閱讀原稿時也給出了有益的指教。此外御茶水女子大學的學生們也站在初學者的立場，在讀了原稿後給了我意見回饋。同時，多虧了歐姆社編輯部的各位，才能完成這本容易閱讀的書。我要藉此機會感謝大家。