首臺(tái)基于三維芯片的光量子計(jì)算系統(tǒng)問世

記者從上海交通大學(xué)金賢敏團(tuán)隊(duì)獲悉，該團(tuán)隊(duì)研制出了首臺(tái)基于光子集成芯片的物理系統(tǒng)可擴(kuò)展的專用光量子計(jì)算原型機(jī)，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了“快速到達(dá)”問題的量子加速算法。這項(xiàng)研究開啟了利用量子系統(tǒng)的維度和尺度作為全新資源，研發(fā)專用光量子計(jì)算機(jī)的路線圖。

金賢敏對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者解釋說：“專用量子計(jì)算可直接構(gòu)建量子系統(tǒng)，不需要依賴通用計(jì)算機(jī)面臨的‘攔路虎’——復(fù)雜的量子糾錯(cuò)，因而更容易實(shí)現(xiàn)。一旦能制備和控制的量子系統(tǒng)達(dá)到全新尺度，將可以在特定問題上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。” 量子行走作為專用量子計(jì)算的重要內(nèi)核，已被理論預(yù)測(cè)具有明顯的量子加速效果。其中，對(duì)于粘合樹結(jié)構(gòu)上的快速到達(dá)問題，量子行走的優(yōu)勢(shì)尤為突出。但常規(guī)的二叉粘合樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)目隨層數(shù)增加呈指數(shù)級(jí)增加，會(huì)迅速耗盡幾何上的制備空間，因此不可擴(kuò)展。

在新研究中，金賢敏團(tuán)隊(duì)提出了一種具有充分可擴(kuò)展性的六方粘合樹結(jié)構(gòu)，通過飛秒激光直寫技術(shù)成功映射到三維光量子集成芯片中，并借此演示了量子快速到達(dá)算法內(nèi)核，相比經(jīng)典情形展示了平方級(jí)加速，且最優(yōu)效率提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

據(jù)金賢敏介紹，他們所發(fā)展的這種基于三維光子集成芯片的大規(guī)模量子演化系統(tǒng)，使研發(fā)各種物理系統(tǒng)可擴(kuò)展的專用光量子計(jì)算原型機(jī)成為可能，極大地推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用;還有望用來解決許多跨學(xué)科交叉的科學(xué)問題并衍生新興研究領(lǐng)域。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期的《自然·光子學(xué)》雜志。