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2018-11-01結構簡單卻能處理複雜性理論 量子電腦優勢終獲證實
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【本刊訊】多年來，擁有強大運算能力的「量子電腦（quantum computers）」，已不僅僅只是理論與想法；時至今日，多國政府、電腦公司與情報機構皆傾力投資量子科技的發展。近日，慕尼黑工業大學（Technical University Munich, TUM）複雜量子理論專家寇尼格（Robert König）教授等人於Science期刊發布研究，並開發一種能解決特定困難代數問題的量子電路，證明量子電腦所存在的優勢，為這個重大領域奠定基石。
傳統電腦遵從古典的物理定律，並仰賴由0與1所結合的二元系統，透過這些數字的儲存與運用，便能作出數學運算。傳統內存單元（memory units）裡，皆以電荷來確認每一個最小資訊單元——位元（bit）所處的位置是1還是0。然而量子物理定律中，由於量子位元（qubit）可同時佔據多種狀態，如此的疊加性（superposition）使得0和1是可以同時存在於1個位元裡，這也是為何在單一台傳統電腦必須按順序執行的任務，卻能在量子電腦裡同時操作的原因。
寇尼格等人開發的電路其結構相當簡單，其對每個量子位元執行固定數量的操作，並具備恆定的深度（constant depth）；由於量子演算法利用到量子物理學中的非局域性（non-locality），故能解決傳統具恆定深度的電路所無法處理的問題。在該研究發布前，儘管有證據表明量子電腦可能帶來的好處，但這一切並未得到實驗證實。
該研究指出，量子電腦的主要貢獻在計算複雜性理論（computational complexity theory）的處理上。舉例來說，如能解決質因數分解問題的秀爾演算法（Shor’s quantum algorithm），若沒有量子電腦的幫忙，仍然是行不通的。寇尼格表示，憑藉著簡單的結構，新的量子電路與演算法將成為近期實驗裡的大熱門，而量子電腦也可望樹立新的里程碑。
新聞來源
Sergey Bravyi et al., Quantum advantage with shallow circuits, Science, Vol: 362(6412), pp. 308-311, 2018.