内容来源：量子前哨（ID：Qforepost）

编辑丨王珩  编译/排版丨沛贤

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利用多功能量子比特的量子计算机已处于解决复杂优化问题的最前沿，例如旅行商问题，这是一个典型的组合优化问题，传统上因计算效率低下而困扰。

现在，由柏林自由大学和 HZB 理论物理学家 Jens Eisert 教授领导的团队已经证明，通过严格的数学分析，量子计算可以从根本上改变问题的解决方式，与经典方法相比，可以更有效地增加计算时间的多项式，产生更好的解决方案，从而更好、更快地解决此类问题。

量子计算机使用的是量子比特，它不像传统逻辑电路那样要么是零要么是一，而是可以处于于两者之间的任何值。

这些量子比特是通过高度冷却的原子、离子或超导电路来实现的，构建具有大量量子比特的量子计算机在物理上仍然非常复杂。然而，已经可以数学方法来探索容错量子计算机未来可以实现的目标。

柏林自由大学和柏林亥姆霍兹中心联合研究小组的负责人 Jens Eisert 教授说：“关于它有很多神话，有时还有些夸大其词。但我们使用数学方法严谨地解决了这个问题，并得到了可靠的结果。最重要的是，我们已经阐明了在哪一方面所具有的优势。”

旅行商问题是数学中的经典问题。旅行者要以最短路线访问多个城市并返回起点。随着城市数量的增加，可能的路线数量会激增。量子计算机可以使用近似方法来解决这个问题，能够快速提供更好的解决方案。

（图片来源：网络）

众所周知的旅行商问题就是一个很好的例子：旅行者要经过许多城市，然后返回他的家乡。哪条路线最短？虽然这个问题很容易理解，但随着城市数量的增加和计算时间的爆炸式增长，问题就会变得越来越复杂。

旅行商问题代表了一类具有巨大经济效益的优化问题，还涉及铁路网络、物流和资源优化，使用近似方法可以找到足够好的解决方案。

（图片来源：网络）

箭头所指的目前工作表明，使用量子计算机可以更好地解决一部分组合问题，甚至可能完全解决。

由 Jens Eisert 和他的同事 Jean-Pierre Seifert 领导的团队现在使用纯分析方法来评估量子计算机如何解决此类问题。这是一个经典的理论推导，需要大量的专业知识。

柏林工业大学的博士生 Vincent Ulitzsch 解释道：“我们假设有足够的量子比特，并研究用它们执行计算操作的可能性。在此过程中，我们揭示了与密码学中一个众所周知的问题（即数据加密）的相似之处。发现可以使用 Shor 算法来解决这些优化问题的一个子类。”

这意味着计算时间不再随着城市数量的增加而呈指数增长，而只是以多项式增加，以这种方式获得的解在质量上也比使用传统算法得到的近似解要好得多。

Eisert说：“我们已经证明，对于一类特定但非常重要且与实际相关的组合优化问题，量子计算机比传统计算机更有优势。”