自從電子計算機普及以來便掀起了第三次科技革命的高潮。互聯網，電子商務，大數據等等新興技術全都依賴於計算機。如今人們已經把電子計算機的替代物構思出來了，那就是量子計算機。但是數十年來，量子計算機僅僅是一個美好的預期，在商業化的道路上遇到了前所未有的困難。而最近德國科學家也開始解決量子計算中的硬體問題。

量子計算機為什麼要比傳統的電子計算機快？

傳統的電子計算機遵守經典物理學的規律。它們依賴於二進位數0和1。0和1是電腦的基礎字元，這些數字被存儲到電腦中並用於數學運算。在傳統的存儲器單元中，每個位即最小的信息單元同一時間只能被單一的微電路運行。這些微電路中的每一個都可以保持電荷，0和1控制了電荷才達到控制硬體的效果。

但在在量子計算機中，一個位可以同時為0和1。這是因為量子物理定律允許電子同時在多個位置糾纏。因此，量子比特或量子比特存在於多個重疊狀態中。這種所謂的疊加允許量子計算機一次性對許多值執行操作，而傳統計算機一次只能執行一次指令。和相當單車道和多車道的客流量對比。量子計算的前景在於能夠更快地解決某些問題。

從幻想量子計算到一步步實現

量子計算很可能引起新的科技革命。不管是大數據，科研通信還是人工智慧都需要極強運算能力的計算機，而現在的電子計算機已經無法滿足最前沿科學研究的需要了。我們需要找到新的計算方式作為突破口。前有IBM的量子計算機，後有中國的量子計算機。不過這些還完全處於實驗室，商業化的道路還很遙遠！

其實在量子計算是哪個，老牌工業國德國也是下了血本，德國政府每年的加大補貼額度。我們都知道量子計算機很厲害，這是因為量子演算法。我們對量子計算機的憧憬大都來自理論演算法上。而我們知道傳統的電腦必須需要軟硬體結合。我們還沒有成熟的技術製造適合量子演算法的硬體。所以量子計算多麼牛逼，僅僅只是理論上的，因為我們還完全沒有一台可以供量子演算法運行的量子硬體。對量子計算機的硬體問題的解決必然就落到最基礎的元器件上，這就是電路。我們現在用的電腦硬體依靠電子電路，而量子計算需要的是量子電路。

而就在最近，德國慕尼黑工業大學量子系統理論教授RobertK?nig與滑鐵盧大學量子計算研究所的David Gosset和IBM的Sergey Bravyi合作研發出來一種能夠解決特定「困難」代數問題的量子電路。

其實新電路結構還是比較簡單的：它只需對每個量子位執行固定數量的操作。這種電路被稱為具有固定的深度。研究人員發現：使用經典的恆定深度電路無法解決手頭的問題。他們進一步回答了為什麼量子演算法超過了任何經典電路的問題：因為量子演算法利用了量子物理學的非局域性。

其實在德國科學家之前，人們只是在理論上預測量子計算機比電子計算機運算能力強，但是還沒有確鑿的證據證明量子計算機的優勢，儘管有證據表明量子計算機確實強。但我們既沒有得到完全證實也沒有經過實驗證明。比如Shor的量子演算法，它有效地解決了素因子分解的問題。然而，若沒有量子計算機的硬體作為載體，這個演算法就是白搭，僅僅只會淪為一個猜想而已。

在量子計算之路上更近一步

德國科學家認為新結果主要是對複雜性理論的貢獻。他們認為：研究結果表明量子信息處理確實提供了便捷，而不必依賴未經證實的複雜性理論猜想。除此之外，該研究為量子計算機奠基了新的里程碑。由於其結構簡單，新研發量子電路將使各種量子演算法的實現變得可能！

我們普通人距離真正用到量子計算機又近了一步！

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