量子计算机有望彻底改变计算机的未来。
多年来，量子计算机只不过是一个概念。今天，公司、政府和情报机构都在投资量子技术的发展。慕尼黑工业大学复杂量子系统理论教授罗伯特•科尼格(Robert Konig)与滑铁卢大学量子计算研究所(Institute for quantum Computing)的戴维•戈塞特(David Gosset)和IBM的谢尔盖•布拉义(Sergey Bravyi)合作，现已在这一前景广阔的领域奠定了基础。
为什么量子计算机应该更快?
传统计算机遵循经典物理定律。它们依赖于二进制数字0和1。这些数字被储存起来用于数学运算。在传统的存储单元中，每一个比特——信息的最小单位——都由微芯片上的一个微小点表示。这些点中的每一个都可以容纳一个电荷，这个电荷决定了比特被设置为1还是0。
然而，在量子计算机中，比特可以同时是0和1。这是因为量子物理定律允许电子同时存在于多个位置。因此，量子比特或量子位元以多种重叠状态存在。这种所谓的叠加可以让量子计算机一次对多个值执行操作，而传统计算机通常必须顺序执行这些操作。量子计算的前景在于能够更快地解决某些问题。
从猜想到证明
Konig和他的同事们已经最终证明了量子计算机的优势。为此，他们开发了一种量子电路，可以解决一个特定的“困难”代数问题。新的电路结构简单:它只对每个量子位执行固定数量的操作。这种电路被称为具有恒定深度的电路。在他们的工作中，研究人员证明了手头的问题不能用经典的等深电路来解决。他们进一步回答了为什么量子算法胜过任何经典电路的问题:量子算法利用了量子物理的非局部性。
在这项工作之前，量子计算机的优势既没有被证实也没有实验证明——尽管有证据指向这个方向。一个例子是肖尔的量子算法，它有效地解决了质因数分解问题。然而，这只是一个复杂的理论猜想，没有量子计算机这个问题是无法有效解决的。同样可以想象的是，对于经典计算机来说，还没有找到正确的方法。
在量子计算的道路上迈出了一步
Robert Konig认为新的研究结果主要是对复杂性理论的贡献。他说:“我们的研究结果表明，量子信息处理确实带来了好处——无需依赖未经证实的复杂理论推测。”除此之外，这项工作为量子计算机的发展提供了新的里程碑。由于其简单的结构，新的量子电路是一个候选的短期实验实现的量子算法。
进一步的信息
这些成果在慕尼黑得到了广泛的应用:近年来，在慕尼黑建立了一个享誉全球的量子技术研究中心，位于加尔兴的慕尼黑工业大学正在建设一座新的量子研究大楼。今年9月，慕尼黑工业大学与路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学(LMU)一起，获得了卓越集群慕尼黑量子科学与技术中心(MCQST)的合同。
