國防科技大學QUANTA團隊研發新型可編程硅基光量子計算芯片

　　近年來，量子科技發展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域。國內外科技相關機構紛紛布局，欲在其中占一席之地。我國作為科技強國，自然也不例外。

　　研發出具有實用價值的量子計算機，是量子計算領域最重要的發展目標。然而，由于現今的技術水平，量子比特數目少、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，成為量子計算領域的重要挑戰。

　　近日，國防科學技術大學計算機學院QUANTA團隊聯合軍事科學院、北京量子信息科學研究院、中山大學光電材料與技術國家重點實驗室等國內外單位，研發出一款新型可編程硅基光量子計算芯片，實現了多種圖論問題的量子算法求解，有望未來在大數據處理等領域獲得應用。

　　據了解，該芯片能夠模擬相關粒子的量子漫步動力學，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進行調控。

　　研究團隊通過實施兩個同時作用于二分光子糾纏態的兩方的可重配置五模式操作來實現該設備：首先，通過兩個芯片上的光子對源產生空間糾纏，然后操縱光子對源以連續調整可分辨性，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電路，兩個粒子在任何五頂點圖上經歷連續時間量子漫步(continuous-time quantum walks，CTQWs)。

　　該芯片有以下幾個特點：

　　一是提出可動態編程實現多粒子量子漫步的光量子芯片結構。研究團隊將該設備應用于量子漫步算法，以搜索圖中的頂點并測試圖的同構性，并在292個不同的圖形中的每個圖形上實現了多達100個采樣的量子步長演化時間步長。這為傳統上難處理的應用打開了通往大規模可編程量子步態處理器的道路。

　　二是采用硅基集成光學技術，基于所提結構，設計實現了可編程光量子計算芯片。芯片上集成了糾纏光子源、可配置光學網絡等，通過電學調控片上元件實現對光量子態的操控，從而實現量子信息的編碼和量子算法的映射，具有高集成度、高穩定性、高精確度等優勢。

　　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、圖同構等圖論問題量子算法的求解。圖論問題是大數據處理等許多重要應用的核心數學問題。在圖論問題求解上，各種量子算法較之經典算法具有不同程度的計算加速潛力。隨著芯片規模和光子數目的增加，芯片可支持實現的圖問題規模快速增長。

　　該成果于近日在國際權威期刊《科學進展》（Science Advances）上發表。其展示了硅基光量子芯片技術實現特定量子計算應用的巨大潛力。（余予）

　　轉自：C114通信網

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