多年来，量子计算机都只不过是一个猜想而已。如今，公司、政府和情报机构都在投资发展量子技术。据TechXplore网站10月18日报道，德国慕尼黑工业大学（TUM）复杂量子系统理论教授Robert Knig与滑铁卢大学量子计算研究所的David Gosset，以及IBM公司的Sergey Bravyi合作，现已为这一前景广阔的领域奠定了基础。
传统计算机遵循经典物理定律。它们依赖于二进制数0和1。这些数字被储存起来用于数学运算。在传统的存储单元中，每个比特（信息的最小单位）都由一个电位来表示，该电位决定该比特设置为 1 还是 0。
然而，在量子计算机中，一个比特（量子比特）可以同时为 0 和 1。这是因为量子物理定律允许电子一次占据多个状态。因此，量子比特或量子位元以多个重叠状态存在。这种所谓的叠加可以让量子计算机一次对多个值执行操作，而单个传统计算机必须按顺序执行这些操作。量子计算的前景在于能够更快速地解决某些问题。
Knig和同事们现在已经证实了量子计算机的优势。为此，他们开发了一种量子电路，可以解决一类特殊的代数难题。这种新电路有一个简单的结构——它只对每个量子位执行固定数量的运算。这种电路被称为具有恒定深度的电路。在该研究中，研究人员证明了眼前的问题不能用经典的恒定深度电路来解决。研究人员还进一步回答了量子算法胜过任何经典电路的原因：量子算法利用了量子物理的非局域性。
在该项研究之前，量子计算机的优势既没有被证实，也无法用实验方法进行展示——尽管有证据指向这个可能。一个例子是肖尔（Shor）的量子算法，该算法有效地解决了质因数分解问题。然而，这只是一个复杂的理论猜想，没有量子计算机，这个问题就无法有效解决。也可以理解为存在有效的方法，只是经典计算机还未找到这样的方法。
Robert Knig认为，新的研究结果主要是对复杂性理论的贡献。他说：“我们的研究结果表明，量子信息处理确实有许多优势——无需依赖未经证实的复杂理论推测。”除此之外，该研究为量子计算机的发展提供了新的里程碑。由于其简单的结构，这一新的量子电路可以作为量子算法近期实验实现的备选对象。
编译：冰融
审稿：阿淼
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