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，研發出一款新型可編程硅基光量子計算芯片，實現了多種圖論問題的量子算法求解，有望未來在大數據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。
芯片原理、結構及實驗裝置示意圖。國防科技大學供圖
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，在量子比特數目少、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、設計可編程運行有實用前景量子算法的量子裝置，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，研發出可編程運行圖論問題量子算法的光量子芯片，提出可動態編程實現多粒子量子漫步的光量子芯片結構。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，是許多量子算法的重要內核。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，實現不同參數的量子漫步過程，從而支持運行一系列基于量子漫步模型的量子算法。
基于所提結構，研發人員采用硅基集成光學技術，設計實現了可編程光量子計算芯片。芯片上集成了糾纏光子源、可配置光學網絡等，通過電學調控片上元件實現對光量子態的操控，從而實現量子信息的編碼和量子算法的映射，具有高集成度、高穩定性、高精確度等優勢。
研發人員還通過對所研制光量子計算芯片的編程運行，演示了頂點搜索、圖同構等圖論問題量子算法的求解。圖論問題是大數據處理等許多重要應用的核心數學問題。在圖論問題求解上，各種量子算法較之經典算法具有不同程度的計算加速潛力。隨著芯片規模和光子數目的增加，新型可編程硅基光量子計算芯片可支持實現的圖問題規模快速增長。
該成果展示了硅基光量子芯片技術實現特定量子計算應用的巨大潛力。
文/劉曼 劉于藍
編輯/范輝
