中外科学家相助研制出专用型光量子模仿芯片

实现量子信息的有效传输、处理惩罚和计较，是敦促量子计较机成长的要害。克日，丹麦科技大学硅基光学通信研究中心高级研究员丁运鸿、北京大学物理学院现代光学研究所研究员王剑威以及英国布里斯托尔大学传授Stefano Paesani等构成的国际相助团队操作硅基光量子芯片技能，研发出一款集成化的专用型光量子计较和量子模仿器。相关研究成就于7月2日颁发在《自然—物理》杂志。

 

量子计较机有着逾越经典计较机的强大计较本领，有望办理一些经典计较机不能有效办理的非凡且重要的问题。在量子计较机成长进程中，存在两大主要技能挑战：一是如何搭建一个复杂、可控的量子器件和量子系统；二是如何制备与调控多体单量子态来，从而到达对量子信息的传输、处理惩罚与计较等成果。

 

硅基纳米集成光量子芯片技能被认为很是有潜力办理上述困难。事实上，该国际相助团队于去年便研发出了一款集成近1000个光子元器件的大局限硅基光量子芯片，实现了对高维度光子量子胶葛体系的高精度和普适化量子调控和量子丈量。但其时还存在的问题是，如安在光量子芯片上制备出多光子态，并实现高效的量子信息处理惩罚和计较成果。

 

“本研究为办理该问题提供了办理方案。”论文通讯作者之一丁运鸿汇报《中国科学报》，硅基光量子芯片技能以单光子态为载体来携带量子信息，操作纳米标准（比头发丝还要小100倍）的硅波导光子器件来对量子信息举办有效的传输、操控与丈量。“更要害的是，硅基光量子芯片的制备工艺和当前成熟的微电子芯片的制备工艺完全兼容，这使得将来构建大局限硅基光量子信息处理惩罚硬件和内核成为大概。” 

 

本研究中，研究人员通过优化设计、加工高机能的硅基集成单光子源阵列，乐成制备了8个光子量子态，并使之在12种模式低损耗波导阵列的布局中产生高质量的量子过问干与。通过重构芯片的非线性量子光源阵列，该光量子处理惩罚器芯片可以实现两类重要的量子玻色采样算法，包罗触发型玻色采样和高斯玻色采样算法。

 

另外，研究人员还操作量子玻色采样，模仿了化学分子中本征振动模式的动态演化进程，这为光学专用量子计较机在模仿巨大物理化学体系上的应用提供了有力的尝试依据。研究阐明表白，进一步优化芯片上器件机能，有望实现约20个光子的专用量子计较和量子模仿器，以及有效办理一些巨大物理化学体系的量子模仿问题。

 

丁运鸿暗示，“硅基光子集成芯片技能是一项很是强大的技能，可遍及应用于量子信息的各个规模。基于该技能开拓出了硅基光量子处理惩罚芯片，这使得我们更有信心在不久的未来到达‘量子优势’。光量子技能团结硅基光子集成技能，将在将来量子技能中发挥重要浸染。”

 

论文配合通讯作者王剑威也指出，集成光量子信息处理惩罚芯片具有很是优越的可扩展性、可控性和可编程性，适合构建一个专用的光量子信息处理惩罚和光量子计较模仿内核。“将来，我们但愿通过成长大局限集成的光量子芯片硬件，摸索量子计较在模仿物理进程和化学分子布局中的应用。”

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