多年來，量子計算機都只不過是一個猜想而已。如今，公司、政府和情報機構都在投資發展量子技術。據TechXplore網站10月18日報道，德國慕尼黑工業大學（TUM）複雜量子系統理論教授Robert König與滑鐵盧大學量子計算研究所的David Gosset，以及IBM公司的Sergey Bravyi合作，現已為這一前景廣闊的領域奠定了基礎。
傳統計算機遵循經典物理定律。它們依賴於二進制數0和1。這些數字被儲存起來用於數學運算。在傳統的存儲單元中，每個比特（信息的最小單位）都由一個電位來表示，該電位決定該比特設置為 1 還是 0。
然而，在量子計算機中，一個比特（量子比特）可以同時為 0 和 1。這是因為量子物理定律允許電子一次佔據多個狀態。因此，量子比特或量子位元以多個重疊狀態存在。這種所謂的疊加可以讓量子計算機一次對多個值執行操作，而單個傳統計算機必須按順序執行這些操作。量子計算的前景在於能夠更快速地解決某些問題。
König和同事們現在已經證實了量子計算機的優勢。為此，他們開發了一種量子電路，可以解決一類特殊的代數難題。這種新電路有一個簡單的結構——它只對每個量子位執行固定數量的運算。這種電路被稱為具有恆定深度的電路。在該研究中，研究人員證明了眼前的問題不能用經典的恆定深度電路來解決。研究人員還進一步回答了量子算法勝過任何經典電路的原因：量子算法利用了量子物理的非局域性。
在該項研究之前，量子計算機的優勢既沒有被證實，也無法用實驗方法進行展示——儘管有證據指向這個可能。一個例子是肖爾（Shor）的量子算法，該算法有效地解決了質因數分解問題。然而，這只是一個複雜的理論猜想，沒有量子計算機，這個問題就無法有效解決。也可以理解為存在有效的方法，只是經典計算機還未找到這樣的方法。
Robert König認為，新的研究結果主要是對複雜性理論的貢獻。他說：“我們的研究結果表明，量子信息處理確實有許多優勢——無需依賴未經證實的複雜理論推測。”除此之外，該研究為量子計算機的發展提供了新的里程碑。由於其簡單的結構，這一新的量子電路可以作為量子算法近期實驗實現的備選對象。
原文鏈接：https://phys.org/news/2018-10-proof-quantum-advantage.html
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