陳根：可編程的硅光子器件——實現量子行走全要素操控_風聞

文/陳根

在經典計算發展路徑之下，傳統硅基芯片作為最重要的硬件產品，面臨着晶體管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，受制於量子比特數目少、有效量子操作深度淺等問題，在“帶着鐐銬跳舞” 的情況下，如何最大化利用量子資源、並設計出搭載量子算法的、可編程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編程硅基光量子計算芯片則宣佈****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,網絡分析和導航以及網站流量優化等方面。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，以觀測量子行走參數的不同變化。

而這款新研發可編程硅基光量子計算芯片具有完全可編程性和其單片集成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算法的圖同構。

另外，通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索圖中的頂點和測試圖同構的量子漫步算法。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、可編程的量子漫步處理器的經典難題應用開闢了道路。

該芯片的尺寸為 11×3 平方毫米，芯片上包含糾纏光子源、可配置光學網絡等部分，使用電學調控片上元件，即可對光量子態進行操控，這樣便可實現量子信息的編碼、以及量子算法的映射。

**概括來説，該芯片具有高集成度、高穩定性、高精確度等優勢。**當然，儘管此次可編程硅基光量子計算芯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，器件優化設計與算法智能模擬的結合將最大程度的提升其芯片精度，相關應用的落地也指日可待。