量子論が正しいからパソコンなど精密機器ができた理由

質問

量子論があったからパソコンや電子機器
ができた

というのがわかりませんが
どういう意味なんですか？

回答No.1

tadys · ベストアンサー

パソコンなどの電子機器には半導体を使った集積回路が欠かせません。
その半導体の動作を説明し、希望する性質を持つ半導体の構造を作り出すために必要なのが量子論なのです。
特にバンド理論は重要です。
こちらを参考に：
https://staff.aist.go.jp/shiro-hara/lecture/lecture2-quantum.pdf

回答No.2

hue2011

量子というと量子力学を連想する人がおおいのですけど、これは数学用語です。

１か０か、というのが量子です。

これは「デジタル」という展開ができる思想なんです。

電圧を考えてください。

まあいろいろな電圧が出る回路で、1.5ボルトぐらいが最大値というものがあるとします。
これはアナログの値ですから、1.0ボルト、ということもあり1.001ボルトということもあります。
0.992ボルトというのもありますね。

これを扱おうとしたとき、小数点以下何桁までとれるかというのに規定を付けます。

たとえば小数点以下0桁（つまり整数）としてとることを考えたらどう扱うのか。
1.0ボルトはもちろん1ボルトと考えます。

1.001はどうしますか。これも1ボルトと考えて問題ないと考える考え方があります。
0.992ボルトはどうでしょうか。
これも1ボルトと考える考え方もありますが、1に満たないから0だという見方もあります。

これを閾値（しきいち）といいます。1に満たなければ0にすると言う考え方です。
電気回路でいうと、1ボルトを閾値にする回路を作ると、入力側はどうあれ、出力側には０か1しか出ません。
こういうことを量子化といいます。

量子化というのは「2進数の世界になった」ということです。
ですから、またの名を「アナログデジタル変換」と言います。

この1か0かというのを「ビット」と呼ぶ単位と考えます。
そうすると、こうなったものは、数学で言う2進数の方法で解析管理できるということです。

コンピュータは、OnかOffかで情報を扱っていると非常に楽です。
スイッチはOn/Offで制御できますし。
デジタル電気回路は、スイッチの組み合わせで動く設計ができますので、非常にくみやすい。
PLCなんていうシーケンス回路はこの原理で成り立っています。

ビットでいえば、1と1のAndは1、orは1、xorは0というような初等数学で扱えます。これを組み合わせたら、誤差なんて全然ない計算ができるわけです。
だからコンピュータが計算が得意なのは、ここから来ています。

一応ここまでで、ご質問の答えにはなると思います。

ただ、ひとこと言わなけばいけないことがありますので、蛇足をちょっと。
まあ2進数というのは整数なんですけど、実際に物理量とかいろいろな数字を扱うためには、小数点以下のものも考えなければいけないことがあります。
2進数というのは2をかけたり２で割ったりすると問題ありませんが、たとえば3で割る割り算をしたとします。
結論を言いますと、これは割り切れずに無限小数になります。十進数で１を３で割っても無限小数になりますね。
さて、電卓（十進）で1を3で割ったらどうなりますか。0.3333333となって、どっかで切れますね。
これに3をかけてください。いったいどうなりますか。0.999999になるんですね。1にはなりません。
2進でも同じことが起きますが、もっとひどいことになる。
十進なら10の約数である2,5および1、さらにこれらの倍数で割れば誤差はありませんけど、2進は、2の倍数および1以外の数で割るとすべて無限小数になります。

数学的なものですけど、自然に「誤差」が生じるのです。
これを「数学的量子化雑音」と呼びます。

これが、お金を計算するときに大きな問題になるのです。
コンピュータは2進数で計算したいのですけど、もし2進数で会計処理などをすれば、円まではいいけど、銭だとか厘という単位を計算すると必ず誤差が出るのです。

これは古来知られていることで、そのために、お金を計算するための言語はコンピュータ内でも十進数で計算するという原理があります。
それをするのはCOBOLであり、RPGです。

だから量子化がコンピュータ業務全部にプラスになっているとは言いかねる局面があります。
一応ここまで言っておかないと片手落ちになりますので。