國科大研制成功新型可編程光量子計算芯片 該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》

國防科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院QUANTA團(tuán)隊，聯(lián)合軍事科學(xué)院、中山大學(xué)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(shí)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。美國東部時間2月26日，國際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)發(fā)表了該成果。

具有實(shí)用價值的量子計算機(jī)，是量子計算領(lǐng)域最重要的發(fā)展目標(biāo)。然而，量子比特數(shù)目少、有效量子操作深度淺，是現(xiàn)階段的量子技術(shù)水平。在這種受限條件下，如何最大化利用量子資源、設(shè)計可編程運(yùn)行有實(shí)用前景量子算法的量子裝置，是量子計算領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。

國防科技大學(xué)、軍事科學(xué)院、中山大學(xué)等國內(nèi)外機(jī)構(gòu)研究人員，研發(fā)出可編程運(yùn)行圖論問題量子算法的光量子芯片。該芯片有以下幾個特點(diǎn)：一是提出可動態(tài)編程實(shí)現(xiàn)多粒子量子漫步的光量子芯片結(jié)構(gòu)。量子漫步是一種量子物理世界的獨(dú)特數(shù)學(xué)模型，也是一類重要的量子計算模型，是許多量子算法的重要內(nèi)核。所提結(jié)構(gòu)能夠?qū)?span id="ckmma00" class="keyword">量子漫步演化時間、哈密頓量、粒子全同性、粒子交換特性等要素進(jìn)行完全調(diào)控，實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)的量子漫步過程，從而支持運(yùn)行一系列基于量子漫步模型的量子算法。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(shí)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(shí)現(xiàn)對光量子態(tài)的操控，從而實(shí)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(yùn)行，演示了頂點(diǎn)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(shí)現(xiàn)的圖問題規(guī)模快速增長。

該成果展示了硅基光量子芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)特定量子計算應(yīng)用的巨大潛力。