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国防科技大学成功开发了一种新型可编程硅基光量子计算芯片

芯片原理、结构和实验装置示意图。照片由国防科技大学提供

长沙2月27日电(刘曼,)国防科技大学27日透露,该校计算机科学学院QUANTA团队与军事科学院、中山大学等国内外单位合作,研制出一种新型可编程硅基光学量子计算芯片,实现了各种图论问题的量子算法求解,有望在未来大数据处理领域得到应用。国际权威期刊《Science Advances》 (《科学进展》)发表了这一成果。

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。然而,在当前量子技术水平下,如量子比特数量少、有效量子操作深度浅,如何最大限度地利用量子资源,设计一种可以编程运行具有实用前景的量子算法的量子设备,是量子计算领域的一个重要挑战。

国防科技大学、军事科学院、中山大学等国内外机构的研究人员开发了一种可以编程运行图论问题量子算法的光量子芯片,提出了一种可以动态编程实现多粒子量子行走的光量子芯片结构。量子行走是量子物理世界特有的数学模型,是重要的量子计算模型,也是许多量子算法的重要内核。所提出的结构可以完全控制量子行走的演化时间、哈密顿量、粒子各向同性、粒子交换特性等因素,实现不同参数的量子行走过程,从而支持一系列基于量子行走模型的量子算法的运行。

基于所提出的结构,R&D人员利用硅基集成光学技术设计并实现了一种可编程光学量子计算芯片。纠缠光子源和可配置光网络集成在芯片上,通过电控制片上组件来控制光量子状态,从而实现量子信息的编码和量子算法的映射。它具有高集成度、高稳定性和高精度的优点。

R&D工作人员还通过编程开发的光学量子计算芯片,演示了解决顶点搜索和图同构等图论问题的量子算法。图论是大数据处理等许多重要应用中的核心数学问题。与经典算法相比,各种量子算法在解决图论问题时具有不同程度的计算加速潜力。随着芯片规模和光子数的增加,新型可编程硅基光量子计算芯片可以支持图形问题的快速增长。

这一成就展示了硅基光量子芯片技术在实现特定量子计算应用方面的巨大潜力。(结束)

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