“我国制备出最大规模光量子计算芯片”

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美国《科学》杂志《科学——进展》近日公布了上海交通大学物理天文学院金贤敏团队的最新研究成果。 该研究报道了世界上最大规模的三维集成光量子芯片，展示了第一个真空之间的二维随机行走量子计算。 也是国内首个光量子计算芯片。 该成果对推进模拟量子计算机的研究有重要作用。

近年来，关于通用量子计算机的信息屡有报道，ibm、谷歌、英特尔等企业主张实现了更高的量子位数记录。 但是，业界普遍的认识是，即使制造几十到越来越多的量子比特数，在全互联、精度不足的同时也无法纠错，难以实现通用量子计算。 与之相反，模拟量子计算可以直接构建量子系统，不需要依赖大量的复量子纠错。 作为模拟量子计算的强大算法内核，二维空之间的量子步行可以使特定的计算任务与量子进化空之间的互耦系数矩阵相对应。 当量子进化系统足够大同后可以灵活地设计结构时，可以用来实现多个算法和计算任务，表现出比以前流传的计算机好得多的表现。 上海交大金贤敏团队利用飞秒激光直写技术制造了节点数多达49×49的三维光量子计算芯片。 这种目前世界上最大规模的光量子计算芯片，首次通过实验实现了真空之间的二维自由进化的量子行走，促进了以量子行走为核心的量子算法的实现。

这篇名为《基于光子芯片的二维量子行走实验研究》的论文指出，研究人员通过快速发展高亮度单光子源和高时空分辨率的单光子成像技术，直接注意了光量子的二维行走模式输出结果。 实验验证量子行走无论是一维还是二维进化空之间，都具有区别于经典随机行走的弹道式运输特征。 该加速传输是支持量子步行能够以多种算法超越传统计算机的基础。 理论上指出了暂时的互联网特征只能通过大于一维的量子步行来实现，但传统的准二维量子步行实验在受限的量子进化空之间，无法观测到互联网的传输特征。 该研究首次在实验中成功观测到了瞬态互联网的特征，进一步验证了所实现的量子行走的二维特征。

在过去的20年中，增加绝对计算能力的方法一般是制造越来越多的光子数的量子纠缠。 中国在这方面保持了特点，成功地将光子数从4个增加到10个，但也发现增加光子数非常困难。 金贤敏团队另辟蹊径，通过增加量子进化系统的物理维度、多元性和复杂度来提高量子态空之间的尺度，开发更可行的新量子资源，对未来模拟量子计算机的开发具有重要作用。

量子新闻技术已经经过广泛的原理验证，能否真正走出实验室，走向实用化和产业化，取决于我们能否建立和控制足够大规模的量子系统，飞速发展的光量子集成芯片技术将推动量子新闻技术的实质性进展 金贤敏团队在光量子芯片的多层技术和集成上实现了超越，成为罕见的、具有光量子芯片制造技术和量子新闻研究背景的团队。

目前，光量子芯片的开发仍处于初期阶段，仍在损耗、精度和控制能力等各项指标上，在材料、技术和混合芯片的框架上，以及量子计算、量子通信和量子精密测量系统的融合上开展了大量研究，尺度和许多复杂度都达到了新水平的光量子系统

(责任编辑王韵)