國防科技大學成功研製新型可程式設計矽基光量子計算晶片

晶片原理、結構及實驗裝置示意圖。國防科技大學供圖

中新網長沙2月27日電 (劉曼 劉於藍)國防科技大學27日透露，該校計算機學院QUANTA團隊聯合軍事科學院、中山大學等國內外單位，研發出一款新型可程式設計矽基光量子計算晶片，實現了多種圖論問題的量子演算法求解，有望未來在大資料處理等領域獲得應用。國際權威期刊《Science Advances》(《科學進展》)已發表該成果。

具有實用價值的量子計算機，是量子計算領域最重要的發展目標。然而，在量子位元數目少、有效量子操作深度淺等現階段量子技術水平下，如何最大化利用量子資源、設計可程式設計執行有實用前景量子演算法的量子裝置，是量子計算領域的重要挑戰。

國防科技大學、軍事科學院、中山大學等國內外機構研究人員，研發出可程式設計執行圖論問題量子演算法的光量子晶片，提出可動態程式設計實現多粒子量子漫步的光量子晶片結構。量子漫步是一種量子物理世界的獨特數學模型，也是一類重要的量子計算模型，是許多量子演算法的重要核心。所提結構能夠對量子漫步演化時間、哈密頓量、粒子全同性、粒子交換特性等要素進行完全調控，實現不同引數的量子漫步過程，從而支援執行一系列基於量子漫步模型的量子演算法。

基於所提結構，研發人員採用矽基整合光學技術，設計實現了可程式設計光量子計算晶片。晶片上集成了糾纏光子源、可配置光學網路等，透過電學調控片上元件實現對光量子態的操控，從而實現量子資訊的編碼和量子演算法的對映，具有高整合度、高穩定性、高精確度等優勢。

研發人員還透過對所研製光量子計算晶片的程式設計執行，演示了頂點搜尋、圖同構等圖論問題量子演算法的求解。圖論問題是大資料處理等許多重要應用的核心數學問題。在圖論問題求解上，各種量子演算法較之經典演算法具有不同程度的計算加速潛力。隨著晶片規模和光子數目的增加，新型可程式設計矽基光量子計算晶片可支援實現的圖問題規模快速增長。

該成果展示了矽基光量子晶片技術實現特定量子計算應用的巨大潛力。(完)