多年來，量子計算機并不僅僅是一個想法。今天，公司，政府和情報機構正在投資開發量子技術。TUM復雜量子系統理論教授RobertKönig與滑鐵盧大學量子計算研究所的David Gosset和IBM的Sergey Bravyi合作，現在已經在這個充滿希望的領域奠定了基石。

傳統的計算機遵守經典物理學的規律。它們依賴于零和一的二進制數。這些數字被存儲并用于數學運算。在傳統的存儲器單元中，每個比特 - 最小的信息單元 - 由確定該比特是設置為1還是0的電荷表示。

然而，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一次占據多個狀態。因此，量子比特或量子比特存在于多個重疊狀態中。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，而單個傳統計算機必須順序執行這些操作。量子計算的前景在于能夠更快地解決某些問題。

從猜想到證明

König和他的同事現在已經最終證明了量子計算機的優勢。為此，他們開發了一種能夠解決特定困難代數問題的量子電路。新電路結構簡單 - 它只對每個量子位執行固定數量的操作。這種電路被稱為具有恒定的深度。在他們的工作中，研究人員證明使用經典的恒定深度電路無法解決手頭的問題。他們進一步回答了為什么量子算法勝過任何可比較的經典電路的問題：量子算法利用了量子物理學的非局域性。

在這項工作之前，量子計算機的優勢既沒有得到證實也沒有經過實驗證明 - 盡管有證據指向了這個方向。一個例子是Shor的量子算法，它有效地解決了素因子分解的問題。然而，如果沒有量子計算機，這個問題就不能有效地解決，這只是一個復雜性理論的猜想。也可以想象，對于經典計算機來說，還沒有找到正確的方法。

RobertKönig認為新結果主要是對復雜性理論的貢獻。“我們的結果表明量子信息處理確實提供了好處 - 而不必依賴未經證實的復雜性理論猜想，”他說。除此之外，這項工作為量子計算機之路提供了新的里程碑。由于其結構簡單，新的量子電路是量子算法的近期實驗實現的候選者。