實(shí)現(xiàn)量子信息的有效傳輸、處理和計(jì)算，是推動(dòng)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵。近日，丹麥科技大學(xué)高級(jí)研究員丁運(yùn)鴻、北京大學(xué)研究員王劍威以及英國(guó)布里斯托爾大學(xué)教授Stefano Paesani等組成的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)利用硅基光量子芯片技術(shù)，研發(fā)出一款集成化的專用型光量子計(jì)算和量子模擬器。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然—物理》。

　　量子計(jì)算機(jī)有著超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力，有望解決一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)不能有效解決的特殊且重要的問題。在量子計(jì)算機(jī)發(fā)展過程中，存在兩大主要技術(shù)挑戰(zhàn)：一是如何搭建一個(gè)龐大、可控的量子器件和量子系統(tǒng)；二是如何制備并調(diào)控多體單量子態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)量子信息的傳輸、處理與計(jì)算等功能。硅基納米集成光量子芯片技術(shù)被認(rèn)為非常有潛力解決上述難題。

　　本研究中，研究人員通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工高性能的硅基集成單光子源陣列，成功制備了8個(gè)光子量子態(tài)，并使之在12種模式低損耗波導(dǎo)陣列的結(jié)構(gòu)中發(fā)生高質(zhì)量的量子干涉。通過重構(gòu)芯片的非線性量子光源陣列，該光量子處理器芯片可以實(shí)現(xiàn)兩類重要的量子玻色采樣算法，包括觸發(fā)型玻色采樣和高斯玻色采樣算法。

　　此外，研究人員還利用量子玻色采樣，模擬了化學(xué)分子中本征振動(dòng)模式的動(dòng)態(tài)演化過程，這為光學(xué)專用量子計(jì)算機(jī)在模擬復(fù)雜物理化學(xué)體系上的應(yīng)用提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。研究分析表明，進(jìn)一步優(yōu)化芯片上器件性能，有望實(shí)現(xiàn)約20個(gè)光子的專用量子計(jì)算和量子模擬器，以及有效解決一些復(fù)雜物理化學(xué)體系的量子模擬問題。

　　丁運(yùn)鴻告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“硅基光子集成芯片技術(shù)是一項(xiàng)非常強(qiáng)大的技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于量子信息的各個(gè)領(lǐng)域。而光量子技術(shù)結(jié)合硅基光子集成技術(shù)，將在未來(lái)量子技術(shù)中發(fā)揮重要作用。”