上海交通大學金賢敏團隊提出首個基于光子集成芯片的物理系統可擴展的專用光量子計算方案，首次在實驗中實現了“快速到達”問題的量子加速算法。研究人員在飛秒激光直寫制備的三維光量子集成芯片中成功構建了大規模六方黏合樹并演示了量子快速到達算法內核，相比經典情形展示了平方級加速。研究成果近日發表于《自然—光子學》。
研究人員根據理論預測的量子動態演化過程中最大的到達概率及對應的最優演化長度，通過飛秒激光直寫技術制備最優演化長度附近的若干組芯片樣品。然后通過激光注入、CCD成像觀測芯片輸出的光強概率分布，確定不同層數結構的最優演化長度。注入單光子量子光源，用高精度單光子成像觀測在最優“快速到達”情形下的演化圖形。量子算法可實現約90%的最優到達效率，最優演化長度約為25mm，比經典最優到達效率高10倍。
通過努力，團隊最終首次在復雜六方黏合樹結構“快速到達”問題中成功實現量子加速優勢。金賢敏表示，光量子集成芯片中的實驗結果與理論結果在最優到達效率及最優演化長度兩方面都吻合得很好，這與研究團隊過去3年發展的飛秒激光直寫制備三維光量子集成芯片的精準工藝是分不開的。
專家表示，該項研究發展的基于三維光子集成芯片的大規模量子演化系統，使研發各種物理系統可擴展的專用光量子計算成為可能，有望極大推動量子計算的實際應用。
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