陳根: 可程式設計的矽光子器件, 以助量子技術突破物理極限

在經典計算發展路徑之下，傳統矽基

晶片

作為最重要的硬體產品，面臨著電晶體直徑逼近物理極限的問題。

基於此，量子計算的發展一直被寄予厚望。

然而，現階段的

量子技術

，受制於量子位元數目少、有效量子操作深度淺等問題，在“帶著鐐銬跳舞” 的情況下，如何最大化利用量子資源、並設計出搭載量子

演算法

的、可程式設計的有實用價值的量子裝置，成為量子領域翹首以盼的事情。

近日，由強曉剛團隊研發的可程式設計矽基光量子計算晶片則宣佈打破了這一困境

。

益於豐富的可能性，量子行走可以應用於廣泛的模式識別，如計算機視覺，網路分析和導航以及網站流量最佳化等方面。但是，多數研究中的平面器件受到無源底層光子電路佈局的限制，需要額外地修改電路，以觀測量子行走引數的不同變化。

而這款新研發可程式設計矽基光量子計算晶片具有完全可程式設計性和其單片整合固有的亞波長穩定性，能夠在單個器件上實驗地實現數百個基於量子行走演算法的圖同構

。

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另外，透過利用糾纏驅動方案，可以在一個器件中完全控制所有這些性質的量子游動，實現糾纏雙光子在任意五頂點圖上的量子游動的可能性，具有連續可調的粒子交換對稱性和不可分辨性。

並且，該器件可以應用於搜尋圖中的頂點和測試圖同構的量子漫步演算法。在實驗過程中，其完成了在292 個不同圖形上均已實現 100 個量子行走的時間步驟模擬，從而為大規模的、可程式設計的量子漫步處理器的經典難題應用開闢了道路。

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該晶片的尺寸為11×3 平方毫米，晶片上包含糾纏光子源、可配置光學網路等部分，使用電學調控片上元件，即可對光量子態進行操控，這樣便可實現量子資訊的編碼、以及量子演算法的對映。

概括來說，該晶片具有高整合度、高穩定性、高精確度等優勢。當然

，儘管此次可程式設計矽基光量子計算晶片在量子行走模擬中依然存在誤差問題，但這也為其進一步發展提供了進路，可以預見，在未來，器件最佳化設計與演算法智慧模擬的結合將最大程度的提升其晶片精度，相關應用的落地也指日可待。