量子コンピュータと暗号の切っても切れない密接な関係

2章：量子コンピュータがもたらす未来

では、量子コンピュータは私たちにどんな未来をもたらしてくれるのでしょうか。

移動（物流・輸送・交通）

量子コンピュータと言えば『巡回セールスマン問題』。こういう複数条件を最適化した解を求めることを量子コンピュータは最も得意とし、従来型（ノイマン型）が力技でないと計算できない分野です。

巡回セールスマン問題

「複数の訪問先と訪問先間の移動コスト（距離・時間）が与えられたとき、出発地を出て、全ての訪問先を1つずつ巡り出発地に戻る場合の巡回路の組み合わせの中で、総移動コストが最小の経路を求める」という組み合わせ最適化がお題です。
従来型のコンピュータでは全てのパターンを洗い出して計算して（まさに力技で）解くことが普通でした。その場合、パターンの数は訪問先をn社として（n-1)!/2通り（※）あります。訪問先が6社なら60通り、10社になると18万通り、30社になるとなんと「442穰880𥝱9968垓6985京」という途方もないパターンの数に。スパコンでも計算には数百万年以上必要だそうです。
量子コンピュータは「複数パターンの初期値から最適解を求める」ことに特化しているコンピュータであるためこういう演算の結果を出すのが格段に速くなります。
ただし、先述した量子アニーリング型の量子コンピュータでは、この巡回セールスマン問題が解けるのか解けないかは議論があるようです。

※数式の「!」は階乗です。5!ならば5*4*3*2*1

このように複数要素が組み合わさった中で、最適解を求めるというテーマでは、量子コンピュータが活躍します。
AIと組み合わせて、信号の最適化、一般道での自律無人走行、巨大なターミナル空港での航空管制など、旅行や輸送に利用すると大きな恩恵があるでしょう。
量子コンピュータを活用すると、最適な交通ルートでの配送を算出し、無人運行を可能にし、都市の道路渋滞を緩和し、貨物をより早く届けることができるようになるため、今も逼迫し悪化を続ける運送業界に革命的影響をもたらすかもしれませんね。物流企業にとっては、これらの革新は、問題の解消と大きな利益増をもたらすのではないでしょうか。

金融

多くで言われているのは、短期的には金融分野が量子コンピュータからより大きな恩恵を受けるのではないかということです。
金融分野での量子コンピューティングのメリットは、従来は変動要素が多すぎて計算できないため、経験者の勘や目利きによって行われてきた投機的な金融市場等への投資について、根拠あるシミュレーションによる予測として実施可能になることです。
投資家は、様々なシナリオを想定した、正確なリスク評価を求める場合が多くなっていますが、量子コンピュータはそれらに対応することができるでしょう。
負債や資産のポートフォリオを計算する際にも、量子コンピュータはより正確な信用度の高い計算過程と計算結果を提供し、より良い投資・融資・投機の判断を可能にします。これは生成型AIと合わせて相乗効果を金融の世界にもたらすのではないでしょうか。
金融へのメリットを書いてきましたが、課題（不安）もあります。仮想通貨への影響です。仮想通貨の影響は次章で説明します。

天候の予測

天候の予測もまた複数の要素から最適解を得る演算であり量子コンピュータの得意分野です。天候の予測が改善されることで、観光・アミューズメントや輸送、農業など、天候に依存する多くの産業に影響を与え、非常にビジネスの効率を高めると思われます。また、天候の予測の精度やスピードが上がれば、災害に備えるための時間を確保することもできますね。

化学製品・医薬品の開発

化学製品や医薬品は無数の分子の組み合わせです。量子コンピュータによって、分子設計などのシミュレーションを高速に実行できます。
得られた多くのシミュレーションデータから、今隆盛を極めつつある生成型AIを通してより洗練された正解に近い解答が得られ、そこから動物実験や人への治験などに進めば、より高速により安全に開発は進み、人間の暮らしがより豊かになる。
ちょっと未来的ではありますが、現実感のある近い未来の姿ではないでしょうか。

上記のように量子コンピュータは多くの革新的効果をもたらします。従来型のコンピュータの技術、そして今急激に進化している生成型AI。これらの今便利に使えているものはそのままに、もっとうまく（効率よく）使いたい分野で進化を加速するでしょうし、今私たちが想像する範囲を超えたシナジーによる劇的な進化もあるのではないでしょうか。
みなさんも身の回りにある「面倒なもの」をITに置き換える事を想像してみてください、それは必ず実現されます。そしてその先の「まったく想像できないもの」が未来に起こることなのです。

3章：量子コンピュータがもたらす脅威

量子コンピュータは上記のような恩恵がありますが、良いことばかりでもありません。
もっとも悪い影響が大きいと考えられているのが、現在普及している暗号化技術を無力化することです。
法人向け電子証明書の世界最大手、デジサート社の調査 では『ITプロフェッショナルの71％が、量子コンピューティングが暗号化に与える脅威を知っている』ということですので、もはや一部の方の問題というわけではなくなっています。
なぜなら、ITセキュリティという範囲だけでなく、金融や国防といった社会基盤への脅威となる問題だからです。
いまさら改めて説明するほどでもないのですが、現在、暗号化技術は意識するしないに関わらず、いろんなところで使われています。

仮想通貨

暗号資産とも呼ばれるように仮想通貨は暗号化技術とブロックチェーン技術によって成立します。ここでの暗号化は、難読化や送信者と受信屋の認証ではなく「履歴を改ざんされていない」保証としての意義を持っています。

もちろん仮想通貨の開発を行っている方たちもこの問題は認識していて、量子コンピュータ対策を実装済みだったり、設計中の仮想通貨はあります。ただ今は仮想通貨の種類が増え、既存の通貨のロジックを勝手にフォークして、独自の通貨で上場しようとする企業もあるようです。果たしてその仮想通貨は量子コンピュータの世界で生き残れるでしょうか。
過去に相場を操作しようとして流された「2026年ビットコイン暴落説」もこの不安につけこんで流された誤った情報です。

VPN

在宅ワークが急速に普及した昨今、自宅と会社の通信にVPN（仮想プライベートネットワーク）を使われている方は多いでしょう。また企業の拠点間の通信にも使われていると思います。このVPN通信の多くが従来の暗号化技術の「暗号鍵の保有者の認証」と「暗号アルゴリズムによる難読化」がセキュリティの担保要因です。この暗号化通信にセキュリティ上の脅威が明確であるとワークスタイルから見直さないといけなくなりますね。

Wi-Fi

無線LANでも暗号化技術は利用されています。元々は有線LANのプロトコルをそのまま無線化したものでしたが、そのままでは誰でも傍受可能なためシンプルな固定の暗号鍵で暗号化するWEP（Wired Equivalent Privacy）が作られました。ただWEPは第三者による傍受解読が簡単で、パケットに改ざん可能な脆弱性があるなどセキュリティ的な問題が多く、現在はWPA2という暗号化方式が採用されていることが多いです。

Free Wi-Fiでは未だWEPが使われていることもありますので注意しましょう。またご家庭やモバイルルーターを設定するときも、極力WEPは設定しないことをオススメします。
現在普及しているWPA２もいくつかの攻撃手法があり、そもそもシンプルな辞書攻撃で突破できてしまうので、Wi-Fiでの通信暗号化は、次項のHTTPSと組み合わせて使うことで強化は可能です。

HTTPS（FTPS/SMTPS/IMAPS）

HTTPSは「Hypertext Transfer Protocol Secure」の略で、従来のWWW（World Wide Web）の通信プロトコルである「HTTP」をセキュア化したものです。ブラウザのURL欄にある鍵マークがついている場合、サーバーとブラウザの間で暗号化通信をしていることになります。このHTTPSは、日本では約5年前は普及率30%未満だったのが、2023年現在では90%以上のWebサイトで採用されています。

HTTPS通信でない場合、すべての通信データがインターネット上を平文で流れます。上記のWi-Fiで無線LANを暗号化しても無線ルーターより先は平文となってしまいます。
経路で知らない人に通信内容を盗み見られるのは、身近な人に見られるよりもちょっと怖いですね。
今でも一部の国では全ての通信内容が監視されているそうですし、かつてはアメリカでも「スノーデン事件」という有名な国家による情報収集事件がありました。
サーバー内を法治国家の法によって見られるのは仕方がないことかもしれませんが、インターネットの経路中で第三者に盗み見られることはせめて防ぎましょう、というのがHTTPSです。

このHTTPS通信のパケットも量子コンピュータが身近になると安全とは言えなくなります。
HTTPS通信の鍵交換は後述するTLSハンドシェイクという仕組みを使います。この仕組みを他の通信（ファイル送信・メール送信・メール受信）にも適用したのがFTPS・SMTPS・IMAPSになります。