國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院QUANTA團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合軍事科學(xué)院、中山大學(xué)等國(guó)內(nèi)外單位，研發(fā)出一款新型可編程硅基光量子計(jì)算芯片，實(shí)現(xiàn)了多種圖論問(wèn)題的量子算法求解，有望未來(lái)在大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。美國(guó)東部時(shí)間2月26日，國(guó)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(jià)值的量子計(jì)算機(jī)，是量子計(jì)算領(lǐng)域最重要的發(fā)展目標(biāo)。然而，量子比特?cái)?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(jì)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(jì)算領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。
國(guó)防科技大學(xué)、軍事科學(xué)院、中山大學(xué)等國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)研究人員，研發(fā)出可編程運(yùn)行圖論問(wèn)題量子算法的光量子芯片。該芯片有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是提出可動(dòng)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?cái)?shù)學(xué)模型，也是一類重要的量子計(jì)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)α孔勇窖莼瘯r(shí)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(guò)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(jì)實(shí)現(xiàn)了可編程光量子計(jì)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(guò)電學(xué)調(diào)控片上元件實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shì)。三是通過(guò)對(duì)所研制光量子計(jì)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(wèn)題量子算法的求解。圖論問(wèn)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(wèn)題。在圖論問(wèn)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(jì)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(wèn)題規(guī)模快速增長(zhǎng)。
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(jì)算應(yīng)用的巨大潛力。
（記者劉小兵 通訊員劉于藍(lán)）
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