近年來，量子科技發(fā)展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產業(yè)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(fā)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(fā)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(zhàn)。
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(fā)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(tài)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(xù)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(xù)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(tài)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(tǒng)上難處理的應用打開了通往大規(guī)模可編程量子步態(tài)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(tài)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(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(guī)模和光子數目的增加，芯片可支持實現的圖問題規(guī)?？焖僭鲩L。
該成果于近日在國際權威期刊《科學進展》（Science Advances）上發(fā)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。
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