據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，來(lái)自德國(guó)、美國(guó)和加拿大的科學(xué)家攜手，首次證明了量子計(jì)算機(jī)相對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，其原因在于：量子算法利用了量子物理學(xué)的非定域性。最新研究為量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了新基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)遵循經(jīng)典物理學(xué)定律，建立在二進(jìn)制數(shù)字0與1的基礎(chǔ)上，它們存儲(chǔ)這些數(shù)字并用于數(shù)學(xué)運(yùn)算。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存單元中，每個(gè)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(shí)既是0又是1，這種所謂的“疊加”使量子計(jì)算機(jī)一次可對(duì)多個(gè)數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)必須按順序執(zhí)行這些操作。因此，從理論上說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)能輕松快速地解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能解決的復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題。

為確鑿證明量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，慕尼黑工業(yè)大學(xué)復(fù)雜量子系統(tǒng)理論教授羅伯特·柯尼希、滑鐵盧大學(xué)量子計(jì)算研究所的戴維·格塞特、IBM公司的謝爾蓋·布拉韋伊聯(lián)手開(kāi)發(fā)了一個(gè)量子電路，用于解決特別“難解”的代數(shù)問(wèn)題。這一新型電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能在每個(gè)量子比特上執(zhí)行固定數(shù)量的運(yùn)算。這種電路被認(rèn)為擁有固定深度。研究證明，他們所用的“難解”代數(shù)問(wèn)題無(wú)法采用傳統(tǒng)固定深度的電路來(lái)解決，因此證實(shí)了量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)。而且，量子算法利用了量子物理學(xué)的非定域性。

在這項(xiàng)研究之前，雖然有些證據(jù)指向這個(gè)方向，但量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)既沒(méi)有得到證明，也沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)演示。一個(gè)例子便是秀爾算法(Shor's algorithm)，它有效解決了質(zhì)因數(shù)分解問(wèn)題，但它只是一個(gè)復(fù)雜理論猜想。

柯尼希說(shuō)：“我們的成果表明，量子信息處理真正帶來(lái)了好處，它無(wú)需依賴未經(jīng)證實(shí)的復(fù)雜理論假設(shè)。”這項(xiàng)研究可以看作量子計(jì)算機(jī)發(fā)展道路上的新里程碑，因?yàn)檫@種新的量子電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，短期內(nèi)，科學(xué)家可以借助其實(shí)現(xiàn)量子算法。