量子コンピューターは宇宙の最も根本的な謎の解明に役立つほか、経済から暗号化にいたるまで、あらゆることを一変させるかもしれない──誰かが実用化できさえすれば。無数の研究機関や企業がそれぞれのやり方でゴールを目指すこの重大なレースは、数々の“障害物”に満ちている。始まりの号砲が鳴らされたばかりの持久戦の“もつれた”内情と行方を追う。
フランスとスイスの国境の地下深くに、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）が眠っている。しかし静寂は長くは続かない。今後数年で、この世界最大の加速器はより高性能になり、1秒あたりの陽子衝突数が2.5倍に増加するのだ。研究者たちは2026年に工事が完了したら、宇宙のもっとも根本的な謎のいくつかを解明したいと考えている。だが性能の向上に伴って生み出されるのが、高エネルギー物理学の歴史上類を見ないような大量のデータだ。それに現時点において、人類は加速器がどんな発見をもたらしてくれるのか知るすべがない。
この問題のスケールを理解するために、次のようなことを考えてみよう。LHCは18年12月に稼働を停止したとき、毎秒約300GB、年間にして最大25PBのデータを生み出していた。例えば、MP3で25PB分の音楽を聴こうとすると、5万年かかる。また、人間の脳の記憶容量はバイナリーデータ2.5PB相当しかない。この膨大な情報を解明するため、LHCのデータは世界42カ国にある170の計算センターに送られていた。長年見つからなかったヒッグス粒子（物質の素粒子に重さを与えると考えられているヒッグス場の一部）の発見を助けたのは、この世界規模の協力なのだ。
この将来生み出されるであろう膨大なデータを処理するために、欧州原子核研究機構（European Organization for Nuclear Research：CERN）の科学者たちは現在使える計算能力の50～100倍の能力が必要となる。また、現在計画されている、LHCの4倍の大きさで10倍の性能をもつ加速器FFC（Future Circular Collider）は、少なくともLHCの2倍というとんでもない量のデータを生み出すだろう。
近い将来に発生する大量のデータを理解するために、CERNの一部の人々は新しい分野である量子コンピューティングに目を向けている。このような機械は、まさにLHCが探っている自然の法則の力によって、発生が予想されている大量のデータをあっという間に処理してくれる可能性がある。そのうえ、LHCと使用言語が同じだ。世界中のたくさんの研究所が量子コンピューティングの力を利用しようとしているが、それを特に面白い研究にしているのは、CERNの今後の取り組みだ。だがひとつだけ問題がある。現在のところはプロトタイプしかなく、頼れる量子デヴァイスを開発することが本当に可能なのかは誰にもわからないということだ。
従来のコンピューターには、Apple Watchにも、もっとも高性能なスーパーコンピューターにも、小さなシリコン製のトランジスタが使われていて、このトランジスタがオンとオフを切り替えるスイッチのような役割を果たし、データをエンコードしている。ひとつの回路は2つのうち1つの値──2進法で1（オン）か0（オフ）をもつことができる。そしてコンピューターは電圧をかけたり切ったりして回路を動かす。
量子コンピューターはこのような「どちらかひとつ」という考え方に制限されない。量子コンピューターのメモリーは原子や電子のような小さな物質粒子である量子ビット（クビット）で構成されている。そして量子ビットは「両方」ができる。つまり、0と1の組み合わせとして可能な状態すべてを「重ね合わせ」ること──同時にすべての状態であることができるのだ。
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