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量子计算机优势首次获确证

2018-10-23 来源:科技日报 作者:

来自德国、美国和加拿大的科学家携手,首次证明了量子计算机相对传统计算机的优势,其原因在于:量子算法利用了量子物理学的非定域性。最新研究为量子计算机的发展奠定了新基础。

传统计算机遵循经典物理学定律,建立在二进制数字0与1的基础上,它们存储这些数字并用于数学运算。在传统计算机的内存单元中,每个比特(最小的信息单元)的值只能为1或0。而量子比特(qubit)能同时既是0又是1,这种所谓的“叠加”使量子计算机一次可对多个数值进行运算,而传统计算机必须按顺序执行这些操作。因此,从理论上说,量子计算机能轻松快速地解决传统计算机需要很长时间才能解决的复杂计算问题。

为确凿证明量子计算机的优势,慕尼黑工业大学复杂量子系统理论教授罗伯特·柯尼希、滑铁卢大学量子计算研究所的戴维·格塞特、IBM公司的谢尔盖·布拉韦伊联手开发了一个量子电路,用于解决特别“难解”的代数问题。这一新型电路结构简单,只能在每个量子比特上执行固定数量的运算。这种电路被认为拥有固定深度。研究证明,他们所用的“难解”代数问题无法采用传统固定深度的电路来解决,因此证实了量子计算机的优势。而且,量子算法利用了量子物理学的非定域性。

在这项研究之前,虽然有些证据指向这个方向,但量子计算机的优势既没有得到证明,也没有经过实验演示。一个例子便是秀尔算法(Shor's algorithm),它有效解决了质因数分解问题,但它只是一个复杂理论猜想。

柯尼希说:“我们的成果表明,量子信息处理真正带来了好处,它无需依赖未经证实的复杂理论假设。”这项研究可以看作量子计算机发展道路上的新里程碑,因为这种新的量子电路结构简单,短期内,科学家可以借助其实现量子算法。

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