量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn) 成新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革前沿

近年來，量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。國內(nèi)外科技相關(guān)機構(gòu)紛紛布局，欲在其中占一席之地。我國作為科技強國，自然也不例外。

研發(fā)出具有實用價值的量子計算機，是量子計算領(lǐng)域最重要的發(fā)展目標(biāo)。然而，由于現(xiàn)今的技術(shù)水平，量子比特數(shù)目少、有效量子操作深度淺。在這種條件限制下，如何最大化利用量子資源、設(shè)計可編程運行有實用前景量子算法的量子裝置，成為量子計算領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。

近日，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機學(xué)院 QUANTA 團(tuán)隊聯(lián)合軍事科學(xué)院、北京量子信息科學(xué)研究院、中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國家重點實驗室等國內(nèi)外單位，研發(fā)出一款新型可編程硅基光量子計算芯片，實現(xiàn)了多種圖論問題的量子算法求解，有望未來在大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

據(jù)了解，該芯片能夠模擬相關(guān)粒子的量子漫步動力學(xué)，并對包括漢密爾頓量、量子漫步演化時間、粒子可分辨性和交換對稱性等所有重要參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。

研究團(tuán)隊通過實施兩個同時作用于二分光子糾纏態(tài)的兩方的可重配置五模式操作來實現(xiàn)該設(shè)備：首先，通過兩個芯片上的光子對源產(chǎn)生空間糾纏，然后操縱光子對源以連續(xù)調(diào)整可分辨性，并對 2 個模擬粒子交換對稱性;其次通過使用五個模式通用光學(xué)電路，兩個粒子在任何五頂點圖上經(jīng)歷連續(xù)時間量子漫步 。

該芯片有以下幾個特點：

一是提出可動態(tài)編程實現(xiàn)多粒子量子漫步的光量子芯片結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊將該設(shè)備應(yīng)用于量子漫步算法，以搜索圖中的頂點并測試圖的同構(gòu)性，并在 292 個不同的圖形中的每個圖形上實現(xiàn)了多達(dá) 100 個采樣的量子步長演化時間步長。這為傳統(tǒng)上難處理的應(yīng)用打開了通往大規(guī)?？删幊塘孔硬綉B(tài)處理器的道路。

二是采用硅基集成光學(xué)技術(shù)，基于所提結(jié)構(gòu)，設(shè)計實現(xiàn)了可編程光量子計算芯片。芯片上集成了糾纏光子源、可配置光學(xué)網(wǎng)絡(luò)等，通過電學(xué)調(diào)控片上元件實現(xiàn)對光量子態(tài)的操控，從而實現(xiàn)量子信息的編碼和量子算法的映射，具有高集成度、高穩(wěn)定性、高精確度等優(yōu)勢。

三是通過對所研制光量子計算芯片的編程運行，演示了頂點搜索、圖同構(gòu)等圖論問題量子算法的求解。圖論問題是大數(shù)據(jù)處理等許多重要應(yīng)用的核心數(shù)學(xué)問題。在圖論問題求解上，各種量子算法較之經(jīng)典算法具有不同程度的計算加速潛力。隨著芯片規(guī)模和光子數(shù)目的增加，芯片可支持實現(xiàn)的圖問題規(guī)?？焖僭鲩L。

該成果于近日在國際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上發(fā)表。其展示了硅基光量子芯片技術(shù)實現(xiàn)特定量子計算應(yīng)用的巨大潛力。

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