【Qiskit】Hゲートで重ね合わせ状態を作ろう！1量子ビットの確率実験

前回は、何も操作しない初期状態の量子ビットを測定すると、必ず 0（100%）になることを確認しました。今回はついに、量子コンピュータの真骨頂である「Hゲート（アダマールゲート）」を使って、量子を「確率の波（重ね合わせ状態）」に変換する実験をしてみます！

1. サンプルコード

量子ビットにHゲートを適用し、確率の波を作ってから測定するコードです。

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.providers.basic_provider import BasicSimulator

# 1量子ビット、1古典ビットを準備
qc = QuantumCircuit(1, 1)

# Hゲート（アダマールゲート）を適用して「確率の波」にする
qc.h(0)

# 測定
qc.measure(0, 0)

# 回路図をテキスト形式で出力
print("--- 回路図 ---")
print(qc.draw(output='text'))

# シミュレータで1000回実行
simulator = BasicSimulator()
result = simulator.run(qc, shots=1000).result()
counts = result.get_counts()

print("\n--- 実行結果 ---")
print(f"実行結果: {counts}")

2. 実行結果と回路図

上記のコードを実行すると、次のような回路図と結果が得られます。

--- 回路図 ---
     ┌───┐┌─┐
  q: ┤ H ├┤M├
     └───┘└╥┘
c: 1/══════╩═
           0 

--- 実行結果 ---
実行結果: {'1': 463, '0': 537}

3. 解説：ついに重ね合わせ状態ができた！

実行結果を見ると、先ほどまで 100% だった 0 だけでなく、1 もほぼ半々の確率（この時は463回と537回）で出現しています！

Hゲートの物理的効果：極低温で静止していた純粋な |0> の状態に対し、外部から絶妙なエネルギー（パルス）を加えることで、状態をぐるっと回転させました。
確率の波の誕生：これにより、量子は「0 でもあるし 1 でもある」という確率の波（重ね合わせ状態）に変換されます。
測定による収縮：その波の状態のまま測定器にかけることで、毎回ランダムに 0 か 1 が決定されるようになります。

Hゲートによって量子が「波」になり、ついにランダムな確率の世界が姿を現しました！
この確率の波こそが、量子コンピュータが並列計算を行える最大の原動力です。