人們預(yù)期量子計(jì)算機(jī)在求解特定估算問題的時(shí)侯其性能比精典計(jì)算機(jī)更高。這些預(yù)期基于估算復(fù)雜度理論中一個(gè)有充分依據(jù)的猜測，但嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匕蚜孔?a href='http://www.njxqhms.com/redianxinxi/12570.html' title='2.精典機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于兩種量子多體問題' target='_blank'>算法和精典算法進(jìn)行對比是很難實(shí)現(xiàn)的。等人在理論上證明了，并行量子電路求解特定線性代數(shù)問題時(shí)須要的估算步驟和問題規(guī)模無關(guān)，而類似的精典電路須要的估算步數(shù)隨著問題規(guī)模的下降而對數(shù)式降低。這就是所謂的量子優(yōu)勢，緣于量子電路中存在的量子關(guān)聯(lián)，這在精典電路中是難以被再現(xiàn)的。
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多年來，量子計(jì)算機(jī)不僅僅是一個(gè)看法，人們還在因此付諸行動(dòng)。現(xiàn)在，企業(yè)、政府和情報(bào)機(jī)構(gòu)都在投資發(fā)展量子技術(shù)。如今，TUM復(fù)雜量子系統(tǒng)理論研究院院長K?nig，與滑鐵盧學(xué)院量子估算研究所的David以及來自IBM的合作，早已為這個(gè)飽含希望的領(lǐng)域奠定了基石。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)遵守精典化學(xué)定理。它們依賴二補(bǔ)碼數(shù)0和1。這種數(shù)字被存儲并用于物理運(yùn)算。在傳統(tǒng)的存儲單元中，每位比特（信息的最小單位）都由一個(gè)電位來表示，該電位決定該比特設(shè)置為1還是0。
但在量子計(jì)算機(jī)中，一個(gè)比特（量子比特）可以同時(shí)為0和1。由于量子化學(xué)定理容許電子一次搶占多個(gè)狀態(tài)。為此，量子比特（qubit）以多個(gè)重疊狀態(tài)存在。這些所謂的疊加容許量子計(jì)算機(jī)一次對多個(gè)值執(zhí)行操作，而單個(gè)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)必須次序執(zhí)行這種操作。量子估算的前景在于能否更快速地解決個(gè)別問題。
從推測到證明
K?nig和他的朋友決定性地證明了量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢。因此，她們開發(fā)了一種可以求解一類非常困難的代數(shù)問題的量子電路。新的電路有很簡單的結(jié)構(gòu)：它僅在每位量子比特上執(zhí)行固定數(shù)目的運(yùn)算。這樣的電路被叫做擁有固定的深度。在她們的研究中，研究者證明了這個(gè)問題不能用固定深度的經(jīng)典電路求解。她們還進(jìn)一步回答了量子算法趕超所有精典電路的緣由：量子算法借助了量子化學(xué)的非局域性。
在本研究之前，量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢既沒有得到證明，也沒辦法用實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行展示，雖然有證據(jù)指向這個(gè)可能。一個(gè)實(shí)例是Shor的量子算法關(guān)于量子物理的論文，該算法有效解決了大數(shù)素因子分解問題。但是，這僅僅是一個(gè)復(fù)雜的理論推測，沒有量子計(jì)算機(jī)，這個(gè)問題就難以有效解決。也可以理解為高效的方式是存在的，只是精典計(jì)算機(jī)還沒找到。
K?nig覺得，新的結(jié)果主要是對復(fù)雜理論的貢獻(xiàn)。他表示，「我們的結(jié)果表明，量子信息處理的確有好多優(yōu)點(diǎn)——不必依賴于未證明的復(fù)雜理論猜測。」除此之外關(guān)于量子物理的論文，該研究為量子計(jì)算機(jī)研究樹立了新的里程碑。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，這一新的量子電路可以作為量子算法近日實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的備選對象。
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