量子计算机被认为能够解决经典计算难以解决的问题，但在一般情况下都未得到严格证明。近日，IBM的研究人员已经在数学上证明了某些功能在经典计算机无法执行，但量子计算机可以执行它。该团队研究人员还通过对计算能力进行限制，在实验上为量子计算建立可证明的理论优势。

然而他们也承认，量子计算机不能仅因基于不同的架构就能击败传统的经典计算机。他们说，不仅要寻找和编写量子计算机能提供优势的理论证明，而且还需要通过实验来证明它们。于是，研究人员通过设计空间有限（即可用内存量有限）的微观实验来权衡两种方法间的竞争优势。

其发表在《自然物理学》杂志上题为“有限空间计算的量子优势”的论文中，研究人员表示，他们首次证明了在计算过程中作为存储介质的量子比特要比经典比特能提供更多价值。IBM团队说：“通过我们的研究，我们正在探索一个非常简单的问题：当计算机可以访问经典暂存空间与量子暂存空间时，它的计算能力有何不同？” 

他们构建了两个有限空间电路，一个是量子的另一个是经典的，并且只有1个经典比特或量子比特可用于计算和存储结果。然后，研究人员把一些任务编程到电路中并进行计算。实施这一限制是为了确保在量子计算空间和经典计算空间之间建立起公平的比较。

并补充说，他们并没有将实验仅限于理论证明，因此用到了一台真正的量子计算机与其经典对手进行正面交锋。经典算法的计算能力也通过访问随机布尔门而得到提高。研究人员说：“但即使能够获得这种随机性，经典计算机也只能成功87.5%，而完美的、无噪声的量子计算机可以100%成功。”

但他们也表示，迄今为止，这项研究项目关注的是证明理论上的量子优势。只有当量子硬件成熟到足以运行大规模程序时，才能在硬件上完全证明这种优势。

他们论文中的结论还有其他重要意义。首先，它表明即使是当今嘈杂中等规模的量子计算机也是强大的计算工具。物理学家Alexander Holevo的工作解释了一个量子比特为何只能存储一比特信息，但IBM团队似乎打破了这一界限，他们证明作为计算的中间结果可以存储不止一比特。

研究人员进一步表示，IBM量子团队正在继续开发硬件，他们希望这些量子硬件能够加速解决当今一些最困难的计算问题。在此期间，理论团队将继续开展同样重要的工作，即研究和证明量子计算的独特性，并发现这种独特性可比经典计算机带来更多的好处。（编译:Qtech）