首台基于三维芯片的光量子计算系统问世

记者从上海交通大学金贤敏团队获悉，该团队研制出了首台基于光子集成芯片的物理系统可扩展的专用光量子计算原型机，首次在实验上实现了“快速到达”问题的量子加速算法。这项研究开启了利用量子系统的维度和尺度作为全新资源，研发专用光量子计算机的路线图。

金贤敏对科技日报记者解释说：“专用量子计算可直接构建量子系统，不需要依赖通用计算机面临的‘拦路虎’——复杂的量子纠错，因而更容易实现。一旦能制备和控制的量子系统达到全新尺度，将可以在特定问题上实现远超经典计算机的计算能力。” 量子行走作为专用量子计算的重要内核，已被理论预测具有明显的量子加速效果。其中，对于粘合树结构上的快速到达问题，量子行走的优势尤为突出。但常规的二叉粘合树的节点数目随层数增加呈指数级增加，会迅速耗尽几何上的制备空间，因此不可扩展。

在新研究中，金贤敏团队提出了一种具有充分可扩展性的六方粘合树结构，通过飞秒激光直写技术成功映射到三维光量子集成芯片中，并借此演示了量子快速到达算法内核，相比经典情形展示了平方级加速，且最优效率提高一个数量级。

据金贤敏介绍，他们所发展的这种基于三维光子集成芯片的大规模量子演化系统，使研发各种物理系统可扩展的专用光量子计算原型机成为可能，极大地推动量子计算机的实际应用；还有望用来解决许多跨学科交叉的科学问题并衍生新兴研究领域。相关论文发表于最新一期的《自然·光子学》杂志。