【中玻網(wǎng)】一個(gè)個(gè)肉眼看不見(jiàn)的單光子穿過(guò)透明的“玻璃片”，幾秒之后，顯示屏幕上呈現出單光子的二維量子行走演化結果。

　　一個(gè)量子計算過(guò)程完成，而其中關(guān)鍵的就是這枚“玻璃片”。在燈光下，從某個(gè)角度看去，這枚完全透明的“玻璃片”上隱約閃現幾道光譜。原來(lái)一平方毫米的“玻璃片”范圍內“雕刻”了幾千個(gè)光波導，所以就像光柵一樣呈現為彩色。

　　這就是上海交通大學(xué)金賢敏研究團隊的新研究成果——很大規模的光量子芯片。相比于傳統的計算機，這枚光量子芯片可以針對特定問(wèn)題實(shí)現算力加速。以此為內核，在計算能力上有望超越傳統的經(jīng)典計算機。

　　光量子芯片的算力到底有多大

　　光量子芯片實(shí)現了量子加速，比如未來(lái)可以設定一個(gè)優(yōu)化算法，經(jīng)典計算機需要100分鐘解決的話(huà)，光量子計算機只需要10分鐘，以此類(lèi)推。問(wèn)題越復雜，量子加速帶來(lái)的優(yōu)越性就越明顯。當量子計算機在計算能力上超越了現有經(jīng)典計算機的計算能力較限時(shí)，“量子霸權”就實(shí)現了，這是量子物理學(xué)家的孜孜不倦追求。

　　過(guò)去20年里，增加計算能力的方式通常是制備更多光子數的量子糾纏。中國一直在這方面保持優(yōu)勢，成功將光子數從4個(gè)提高到了10個(gè)，但同時(shí)也發(fā)現增加光子數異常艱難。金賢敏團隊另辟蹊徑，通過(guò)增加量子演化系統的物理維度和復雜度來(lái)提升量子態(tài)空間尺度，開(kāi)發(fā)了全新量子資源，對于未來(lái)模擬量子計算機的研發(fā)具有重要意義。

　　“很大規?！笔谴舜谓鹳t敏團隊發(fā)布的光量子芯片的一個(gè)關(guān)鍵詞。在這枚光量子芯片里節點(diǎn)數多達49×49個(gè)，也就是2401個(gè)節點(diǎn)。正是這種目前世界很大規模的光量子計算芯片，使得真實(shí)空間二維自由演化的量子行走得以在實(shí)驗中初次實(shí)現，并將促進(jìn)未來(lái)更多以量子行走為內核的量子算法的實(shí)現。

　　通過(guò)飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)，研究人員可以像3D打印一樣制備可集成大規模光子線(xiàn)路的光量子芯片。金賢敏團隊經(jīng)過(guò)數年的努力，從系統設計到參數摸索優(yōu)化，不斷積累經(jīng)驗，終于在光量子芯片的規模上實(shí)現了超越，但實(shí)用征程仍然漫長(cháng)。

　　在特定的問(wèn)題上超越經(jīng)典計算機

　　“在研究者的實(shí)驗室里，從單光子的產(chǎn)生到芯片里量子態(tài)的演化，再到單光子的探測，整個(gè)過(guò)程和系統形成了一臺模擬量子計算機?！苯鹳t敏說(shuō)。

　　所謂“模擬量子計算機”，就是指專(zhuān)項使用量子計算機。相比于基于量子門(mén)的通用量子計算機(即數字量子計算機)，它可通過(guò)構建量子物理系統直接實(shí)現，而不需要依賴(lài)復雜的量子糾錯，因此更加可行。作為模擬量子計算的一種重要算法內核，二維空間中的量子行走模型，能夠將特定計算任務(wù)對應到量子演化空間中的相互耦合系數矩陣中，當量子演化體系能夠制備得足夠大并且能靈活設計結構時(shí)，可以用來(lái)實(shí)現工程、資金、生物醫藥等各領(lǐng)域中的各種搜索、優(yōu)化問(wèn)題，展現出遠遠優(yōu)于經(jīng)典計算機的表現，具有廣泛的應用前景。

　　金賢敏對記者介紹說(shuō)，基于光量子芯片中的大規模量子演化系統，在量子隨機行走的問(wèn)題上超過(guò)了經(jīng)典隨機行走的表現。但是要將這種超越付諸于實(shí)際應用，還是一個(gè)艱難和漫長(cháng)的過(guò)程。

　　“我們可以期待一些原理性的應用，比如將網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)排序、搜索問(wèn)題、優(yōu)化問(wèn)題等映射到二維空間隨機行走的模型，目前我們正在高層度挖掘?！苯鹳t敏說(shuō)，但可以肯定的是，相比于其他量子計算概念，光量子芯片由于其高集成度和高穩定性，更易構建足夠復雜的專(zhuān)項使用量子計算機，用于解決一些特定實(shí)際問(wèn)題。

　　從大部分國家范圍看，目前光量子芯片的研發(fā)仍然處于早期階段，需要在損耗、精度和可調控能力等各項指標上，在材料、工藝和混合芯片構架上，以及在與量子計算、量子通信和量子準確測量系統結合上開(kāi)展大量研究，扎實(shí)推進(jìn)，構建尺度和復雜度上都達到全新水平的光量子系統，實(shí)質(zhì)性地推動(dòng)新物理的探索和量子信息技術(shù)的實(shí)用化。