中國(guó)研究人員制備出大規(guī)模光量子芯片，并成功進(jìn)行了一種重要的模擬量子計(jì)算演示。

發(fā)表在最新一期美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的研究顯示，上海交通大學(xué)金賢敏團(tuán)隊(duì)通過(guò)“飛秒激光直寫(xiě)”技術(shù)制備出節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)49×49的光量子計(jì)算芯片。論文通訊作者金賢敏對(duì)記者說(shuō)，這是目前世界上最大規(guī)模的光量子計(jì)算芯片。

光量子

研究人員利用這個(gè)芯片演示了模擬量子計(jì)算的一種算法內(nèi)核“量子隨機(jī)行走”。金賢敏說(shuō)，當(dāng)這種量子演化體系制備得足夠大且可靈活設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)多種算法和計(jì)算任務(wù)，表現(xiàn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

近年來(lái)，關(guān)于通用量子計(jì)算機(jī)的新聞屢屢見(jiàn)于報(bào)端，IBM（國(guó)際商用機(jī)器）、谷歌和英特爾等公司競(jìng)相宣告實(shí)現(xiàn)了更高的量子比特?cái)?shù)紀(jì)錄，但幾十個(gè)甚至更多的量子比特?cái)?shù)，若無(wú)法全互連、精度不夠且難以糾錯(cuò)，通用量子計(jì)算依然難以實(shí)現(xiàn)。

金賢敏說(shuō)，模擬量子計(jì)算不同于通用量子計(jì)算，可直接構(gòu)建量子系統(tǒng)，無(wú)需像通用量子計(jì)算那樣依賴復(fù)雜的量子糾錯(cuò)，一旦能夠制備和控制的量子物理系統(tǒng)達(dá)到新尺度，將可直接用于探索新物理和在特定問(wèn)題上推進(jìn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的絕對(duì)計(jì)算能力。

量子信息技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了廣泛的原理性驗(yàn)證，是否能真正走出實(shí)驗(yàn)室，走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化，取決于是否能夠構(gòu)建和操控足夠大規(guī)模的量子系統(tǒng)。宏觀光學(xué)系統(tǒng)中的損耗、穩(wěn)定性和操控精度等看似技術(shù)性問(wèn)題已變成邁向規(guī)模化的瓶頸性難題。發(fā)展的光量子集成芯片技術(shù)是攻克可擴(kuò)展性難題有前景的途徑，有望有力推動(dòng)量子信息技術(shù)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

2014年金賢敏全職回國(guó)組建了“光子集成與量子信息實(shí)驗(yàn)室”并成為中國(guó)最早開(kāi)展飛秒激光直寫(xiě)光量子芯片研究的單位之一。經(jīng)過(guò)數(shù)年的艱辛努力，終于在光量子芯片的多層技術(shù)和集成上實(shí)現(xiàn)了超越，成為少有的同時(shí)具有光量子芯片制備技術(shù)和量子信息研究背景的團(tuán)隊(duì)。

據(jù)介紹，光量子芯片的研發(fā)仍然處于早期階段，仍然需要在損耗、精度和可調(diào)控能力等各項(xiàng)指標(biāo)上，在材料、工藝和混合芯片構(gòu)架上，以及在與量子計(jì)算、量子通信和量子精密測(cè)量系統(tǒng)融合上開(kāi)展大量研究，扎實(shí)推進(jìn)，構(gòu)建尺度和復(fù)雜度上都達(dá)到全新水平的光量子系統(tǒng)，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。