量子力学が乱数を変える時
量子コンピュータで生み出される乱数は、本当に“誰にも予測できない”ものなのでしょうか。
答えを得るため、研究者たちはまず、一組のカードを何度もシャッフルするかのように大量のランダム回路を用意しました。
これが「量子ビットに複雑な指示を与えるレシピ」であり、あらゆる手順を不規則に組み合わせることで、古典的には再現しがたい動きを狙います。
次に、そうして作られたランダム回路を「イオントラップ型」の量子コンピュータに渡して実行します。
これは、たとえるなら「見たこともない多面体のサイコロを振って、出目を測定する」ようなものです。
一回の測定で得られるビット列が本当に予測不能かどうかは、あとからチェックする必要があります。
そこで登場するのが、世界最速クラスのスーパーコンピュータです。
研究チームはこのスーパーコンピュータを“名探偵”に見立て、量子コンピュータから返ってきたビット列が「古典計算でごまかされていないか？」を確かめました。
具体的には、ビット列が理想的な量子回路の出力分布とどれだけ一致しているかを示す「XEBスコア」を算出し、そのスコアを高水準で得るには、とてつもない古典計算力が必要になることを示したのです。
XEBスコア（クロスエントロピー・ベンチマーキング）は、量子コンピュータが理想的に動作した場合の確率分布と、実際に測定されたビット列との“似かた”を数値化する指標です。
もし楽譜（理想の分布）どおりに演奏（測定結果）が行われていればスコアは高く、一方で“演奏”がズレていればスコアは低くなります。
高いスコアを得るには、量子計算が正確に動作しなければならず、古典コンピュータで偽装しようとすると計算コストが膨大に膨れ上がって時間切れになる、という仕組みです。
こうして量子コンピュータとスーパーコンピュータがタッグを組むことで、数万単位のランダム回路から合計7万ビット以上の測定結果が得られ、それらのXEBスコアは高水準を示しました。
これはつまり、測定されたビット列が理想的な量子回路の分布とよく合っている（＝古典的に偽装しづらい）ことを意味し、量子プロセッサが真に“予測不可能”な挙動をしている証拠になるわけです。
さらに、小さな種（シード）から大量の回路を生成できる仕組みも活かされ、最小限の入力から莫大な乱数を生産する道を示したといえます。
なぜこれが革新的なのか？
最大のポイントは、「量子が生み出す完璧に予測不能な乱数」を、スーパーコンピュータ級の“名探偵”によってしっかり検証したことにあります。
乱数の本当の安全性や予測不能性は、口で言うほど単純に確かめられません。
しかし今回の成果によって、世界最高峰の計算リソースさえ時間内に対応が難しいほどの“複雑性”があると示されたのです。
これは将来的に、暗号やオンラインくじ、電子投票など「絶対にごまかしがあってはならない場面」で、安全かつ信用できる乱数をどう手に入れるかという問題に、量子こそが決定打になる可能性を浮き彫りにしました。
