我科学家研制成功 新型可编程光量子计算芯片

研制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。 国防科技大学计算机学院QUANTA 团队联合军事科学院、 中山大学等国内外单位， 研发成功新型可编程硅基光量子计算芯片， 可实现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。 北京时间2020 年2 月27 日， 国际权威期刊《科学进展》发表了这一重要成果。

量子比特数目少、 有效量子操作深度浅， 是现阶段量子技术水平存在的制约性问题。 在这种受限条件下， 如何最大化地利用量子资源、 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。

据介绍， 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。 在该新型可编程光量子计算芯片的研制过程中， 科研人员提出可动态编程实现多粒子量子漫步的光量子芯片结构， 能够对量子漫步演化时间、 哈密顿量、 粒子全同性和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， 科研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。 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。 未来， 随着芯片规模和光子数目的增加， 芯片可支持实现的图问题规模将快速地增长。