上海交通大學(xué)金賢敏團(tuán)隊(duì)提出首個(gè)基于光子集成芯片的物理系統(tǒng)可擴(kuò)展的專用光量子計(jì)算方案，首次在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了“快速到達(dá)”問(wèn)題的量子加速算法。研究人員在飛秒激光直寫(xiě)制備的三維光量子集成芯片中成功構(gòu)建了大規(guī)模六方黏合樹(shù)并演示了量子快速到達(dá)算法內(nèi)核，相比經(jīng)典情形展示了平方級(jí)加速。研究成果近日發(fā)表于《自然—光子學(xué)》。

研究人員根據(jù)理論預(yù)測(cè)的量子動(dòng)態(tài)演化過(guò)程中最大的到達(dá)概率及對(duì)應(yīng)的最優(yōu)演化長(zhǎng)度，通過(guò)飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)制備最優(yōu)演化長(zhǎng)度附近的若干組芯片樣品。然后通過(guò)激光注入、CCD成像觀測(cè)芯片輸出的光強(qiáng)概率分布，確定不同層數(shù)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)演化長(zhǎng)度。注入單光子量子光源，用高精度單光子成像觀測(cè)在最優(yōu)“快速到達(dá)”情形下的演化圖形。量子算法可實(shí)現(xiàn)約90%的最優(yōu)到達(dá)效率，最優(yōu)演化長(zhǎng)度約為25mm，比經(jīng)典最優(yōu)到達(dá)效率高10倍。

通過(guò)努力，團(tuán)隊(duì)最終首次在復(fù)雜六方黏合樹(shù)結(jié)構(gòu)“快速到達(dá)”問(wèn)題中成功實(shí)現(xiàn)量子加速優(yōu)勢(shì)。金賢敏表示，光量子集成芯片中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果在最優(yōu)到達(dá)效率及最優(yōu)演化長(zhǎng)度兩方面都吻合得很好，這與研究團(tuán)隊(duì)過(guò)去3年發(fā)展的飛秒激光直寫(xiě)制備三維光量子集成芯片的精準(zhǔn)工藝是分不開(kāi)的。

專家表示，該項(xiàng)研究發(fā)展的基于三維光子集成芯片的大規(guī)模量子演化系統(tǒng)，使研發(fā)各種物理系統(tǒng)可擴(kuò)展的專用光量子計(jì)算成為可能，有望極大推動(dòng)量子計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用。

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