量子コンピュータは非常にデリケートなデバイスで、周囲の環境との微細な相互作用でもエラーが発生する可能性があります。例えば、環境のノイズや宇宙線、そして内部のシステムエラーなどが原因で量子ビット（qubit）が本来の状態からズレてしまうことがあります。こうしたエラーが累積すると、計算結果が正しくないものになってしまいます。

古典コンピュータとの違い

私たちが普段使っている古典コンピュータにもエラーは存在しますが、それを修正するための方法が確立されています。例えば、パリティビットやエラー訂正コード（ECC）などが用いられ、ユーザーはエラーが無かったかのようにコンピュータを使用することができます。

一方、量子コンピュータではエラーの種類が異なり、より複雑です。量子ビットは、通常のビットのように0か1の状態を取るだけでなく、0と1の重ね合わせ状態を持つため、エラーも複数の種類があります。たとえば、ビット反転エラー（量子ビットが|0⟩から|1⟩に変わる）や位相反転エラー（量子ビットの位相が反転する）などです。

量子誤り訂正の基本

量子誤り訂正では、エラーが発生しても計算結果が正しく維持されるようにするために、複数の量子ビットを用いて情報を符号化します。例えば、3ビットの反復符号（Repetition Code）はその一つです。ここでは、一つの論理量子ビットを3つの物理量子ビットで表現し、エラーが発生した場合には多数決で正しい状態を復元する方法が使われます。

具体的には、状態|0⟩を|000⟩として、|1⟩を|111⟩として符号化します。エラーが一つのビットでしか発生しない場合、例えば|001⟩や|010⟩などになったとしても、多数決により元の|000⟩または|111⟩に戻すことができます。

量子誤り訂正の難しさ

しかし、量子コンピュータならではの難しさもあります。量子状態は複製できないため、古典的な誤り訂正方法をそのまま量子に適用することはできません。また、量子ビットの状態を測定することで、状態が破壊される可能性があります。そのため、量子誤り訂正では、エラーの検出と修正を行う際に、量子ビットの状態をできるだけ変えない方法が必要です。

これが非常に基本的な量子誤り訂正の概念ですが、量子コンピュータが普及し、より実用的になるためには、このような誤り訂正の技術が欠かせません。今後の技術進展により、誤り耐性の高い量子コンピュータが登場することを期待しています。