国防科技大学成功研制新型可编程硅基光量子计算芯片

青山绿水

2021-02-27 17:37 中国新闻网

芯片原理、结构及实验装置示意图。国防科技大学供图

中新网长沙2月27日电 (刘曼 刘于蓝)国防科技大学27日透露，该校计算机学院QUANTA团队联合军事科学院、中山大学等国内外单位，研发出一款新型可编程硅基光量子计算芯片，实现了多种图论问题的量子算法求解，有望未来在大数据处理等领域获得应用。国际权威期刊《Science Advances》(《科学进展》)已发表该成果。

具有实用价值的量子计算机，是量子计算领域最重要的发展目标。然而，在量子比特数目少、有效量子操作深度浅等现阶段量子技术水平下，如何最大化利用量子资源、设计可编程运行有实用前景量子算法的量子装置，是量子计算领域的重要挑战。

国防科技大学、军事科学院、中山大学等国内外机构研究人员，研发出可编程运行图论问题量子算法的光量子芯片，提出可动态编程实现多粒子量子漫步的光量子芯片结构。量子漫步是一种量子物理世界的独特数学模型，也是一类重要的量子计算模型，是许多量子算法的重要内核。所提结构能够对量子漫步演化时间、哈密顿量、粒子全同性、粒子交换特性等要素进行完全调控，实现不同参数的量子漫步过程，从而支持运行一系列基于量子漫步模型的量子算法。

基于所提结构，研发人员采用硅基集成光学技术，设计实现了可编程光量子计算芯片。芯片上集成了纠缠光子源、可配置光学网络等，通过电学调控片上元件实现对光量子态的操控，从而实现量子信息的编码和量子算法的映射，具有高集成度、高稳定性、高精确度等优势。

研发人员还通过对所研制光量子计算芯片的编程运行，演示了顶点搜索、图同构等图论问题量子算法的求解。图论问题是大数据处理等许多重要应用的核心数学问题。在图论问题求解上，各种量子算法较之经典算法具有不同程度的计算加速潜力。随着芯片规模和光子数目的增加，新型可编程硅基光量子计算芯片可支持实现的图问题规模快速增长。

该成果展示了硅基光量子芯片技术实现特定量子计算应用的巨大潜力。