国立科技大学成功开发了一种新型可编程光学量子计算芯片

国防科技大学计算机科学学院的QUANTA团队与军事科学院、中山大学等国内外单位合作，开发了一种新型可编程硅基光学量子计算芯片，该芯片可以通过量子算法解决各种图论问题，有望在未来大数据处理领域得到应用。美国东部时间2月26日，国际权威期刊《科学进展》 (Science Advances)公布了这一结果。

具有实用价值的量子计算机是量子计算领域最重要的发展目标。但量子比特数量少，有效量子操作深度浅，是目前量子技术的水平。在这种有限的条件下，如何最大限度地利用量子资源，设计出能够运行具有实用前景的量子算法的可编程量子器件，是量子计算领域的一个重要挑战。

国防科技大学、军事科学院、中山大学等国内外机构的研究人员开发出了可以程序化运行图论问题量子算法的光学量子芯片。该芯片具有以下特点：首先，提出了一种利用动态规划实现多粒子量子行走的光学量子芯片结构。量子行走是量子物理世界特有的数学模型，是重要的量子计算模型，也是许多量子算法的重要内核。所提出的结构可以完全控制量子行走的演化时间、哈密顿量、粒子各向同性、粒子交换特性等因素，实现不同参数的量子行走过程，从而支持一系列基于量子行走模型的量子算法的运行。其次，基于所提出的结构，利用硅基集成光学技术设计并实现了一种可编程光学量子计算芯片。纠缠光子源和可配置光网络集成在芯片上，通过电控制片上组件来控制光量子状态，从而实现量子信息的编码和量子算法的映射。它具有高集成度、高稳定性和高精度的优点。再次，通过开发的光量子计算芯片的编程操作，演示了解决顶点搜索、图同构等图论问题的量子算法。图论是大数据处理等许多重要应用中的核心数学问题。与经典算法相比，各种量子算法在解决图论问题时具有不同程度的计算加速潜力。随着芯片规模和光子数的增加，芯片支持的图问题规模迅速增长。

这一成就展示了硅基光量子芯片技术在实现特定量子计算应用方面的巨大潜力。(记者刘小兵通讯员刘玉兰)