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上海交通大学金贤敏团队实现最大规模光量子计算芯片

点击数:616 更新时间:2018/5/16 9:21:38

上海交通大学网络教育学院转载上海交通大学物理与天文学院新闻:

         Science子刊Science Advances以“Experimental Two-dimensional Quantum Walk on a Photonic Chip”5月11日为题发表了上海交通大学物理与天文学院金贤敏研究团队最新研究成果,报道了世界最大规模的三维集成光量子芯片,并演示了首个真正空间二维的随机行走量子计算。同时,这也是国内首个光量子计算芯片。这项研究进展对于推进模拟量子计算机研究具有重要意义。


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图示芯片中的二十组光子阵列里,每组都包含了2401根波导


       作为模拟量子计算的一个强大算法内核,二维空间中的量子行走,能够将特定计算任务对应到量子演化空间中的相互耦合系数矩阵中。当量子演化体系能够制备得足够大并且能灵活设计结构时,可以用来实现许多算法和计算任务,展现出远优于经典计算机的表现。金贤敏团队通过飞秒激光直写技术制备了节点数多达49×49的三维光量子计算芯片,正是这种目前世界最大规模的光量子计算芯片使得真正空间二维自由演化的量子行走得以在实验中首次实现,并将促进未来更多以量子行走为内核的量子算法的实现。


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单光子的二维量子行走演化结果,从左至右:量子行走演化时间逐渐增大


        研究组通过发展高亮度单光子源和高时空分辨的单光子成像技术,直接观察了光量子的二维行走模式输出结果。实验验证量子行走不论在一维还是二维演化空间中,都具有区别于经典随机行走的弹道式传输特性(ballistic transport)。这种加速传输正是支持量子行走能够在许多算法中超越经典计算机的基础。理论曾指出瞬态网络特性(transient network)只在大于一维的量子行走中才实现,而以往准二维量子行走实验由于受限的量子演化空间,无法观测网络传播特征。该研究首次在实验中成功观测到了瞬态网络特性,进一步验证了所实现的量子行走的二维特征。

       金贤敏2010年起在牛津大学Ian Walmsley研究组工作,学习掌握了光量子集成先进技术并合作完成了片上玻色采样量子计算、片上量子隐形传态和片上三光子干涉等一系列研究工作。2014年全职回国组建了“光子集成与量子信息实验室”并成为国内最早开展飞秒激光直写光量子芯片研究的单位之一。经过数年的艰辛努力,终于在光量子芯片的多层技术和集成上实现了超越,成为少有的同时具有光量子芯片制备技术和量子信息研究背景的团队。


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