中国主导国际团队研发新型可编程光量子芯片

中国科研人员主导的国际团队26日在美国《科学进展》期刊上发表论文说，他们研发出一款新型可编程光量子计算芯片，实现多种图论问题的量子算法求解，有望应用在数据搜索、模式识别等领域。

国防科技大学、军事科学院、中山大学、北京量子信息科学研究院等中国科研机构的研究人员与多国科研人员合作，采用硅基集成光学技术，设计并研发出这款新型可编程光量子计算芯片，能够实现多粒子量子漫步的完全可编程动态模拟。

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。该新型可编程光量子计算芯片研制过程中，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、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增长。

论文第一作者及通讯作者、军事科学院国防科技创新研究院研究员强晓刚表示，该芯片首次实现了对量子漫步演化时间、哈密顿量、粒子全同性及交换特性等要素的完全可编程调控，从而支持实现多种基于量子漫步模型的量子算法应用。

据论文共同通讯作者、中山大学教授蔡鑫伦介绍，光量子芯片技术采用微纳加工工艺在单个芯片上集成大量光量子器件，是实现光量子计算机大规模应用的有效途径。论文共同通讯作者、国防科技大学研究员吴俊杰表示，随着芯片规模及光量子数目的增加，该芯片的计算能力将快速增长，但实现真正实用化的量子计算仍需克服一系列技术挑战。