量子計算機優勢首次獲確證

科技日報北京10月22日電 （記者劉霞）據美國每日科學網站近日報道，來自德國、美國和加拿大的科學家攜手，首次證明了量子計算機相對傳統計算機的優勢，其原因在於：量子演算法利用了量子物理學的非定域性。最新研究為量子計算機的發展奠定了新基礎。

傳統計算機遵循經典物理學定律，建立在二進位數字0與1的基礎上，它們存儲這些數字並用於數學運算。在傳統計算機的內存單元中，每個比特（最小的信息單元）的值只能為1或0。而量子比特（qubit）能同時既是0又是1，這種所謂的「疊加」使量子計算機一次可對多個數值進行運算，而傳統計算機必須按順序執行這些操作。因此，從理論上說，量子計算機能輕鬆快速地解決傳統計算機需要很長時間才能解決的複雜計算問題。

為確鑿證明量子計算機的優勢，慕尼黑工業大學複雜量子系統理論教授羅伯特·柯尼希、滑鐵盧大學量子計算研究所的戴維·格塞特、IBM公司的謝爾蓋·布拉韋伊聯手開發了一個量子電路，用於解決特別「難解」的代數問題。這一新型電路結構簡單，只能在每個量子比特上執行固定數量的運算。這種電路被認為擁有固定深度。研究證明，他們所用的「難解」代數問題無法採用傳統固定深度的電路來解決，因此證實了量子計算機的優勢。而且，量子演算法利用了量子物理學的非定域性。

在這項研究之前，雖然有些證據指向這個方向，但量子計算機的優勢既沒有得到證明，也沒有經過實驗演示。一個例子便是秀爾演算法（Shors algorithm），它有效解決了質因數分解問題，但它只是一個複雜理論猜想。

柯尼希說：「我們的成果表明，量子信息處理真正帶來了好處，它無需依賴未經證實的複雜理論假設。」這項研究可以看作量子計算機發展道路上的新里程碑，因為這種新的量子電路結構簡單，短期內，科學家可以藉助其實現量子演算法。

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