模擬量子計算的實力前景不可限量

（文章來源：OFweek物聯(lián)網(wǎng)）

模擬量子計算（analog quantum computing），相對于通用量子計算，有更平易近人的物理實現(xiàn)方式，而且對于玻色采樣、搜索、哈密頓量學習、化學模擬等問題上有明顯的天然對應方式和加速優(yōu)勢，因此是目前量子信息發(fā)展的另一個不可或缺、至關(guān)重要的領(lǐng)域。谷歌公司于2017年推出的量子軟件OpenFermion便是專攻模擬量子計算。

作為模擬量子計算的一個強有力的工具，二維空間中的量子行走，能夠?qū)⑻囟ㄓ嬎闳蝿諏搅孔友莼臻g中的相互耦合系數(shù)矩陣中，當量子演化體系能夠制備得足夠大并且能靈活設計結(jié)構(gòu)時，可以用來實現(xiàn)工程、金融、生物醫(yī)藥等各領(lǐng)域中的各種搜索、優(yōu)化問題，展現(xiàn)出遠優(yōu)于經(jīng)典計算機的表現(xiàn)，具有廣泛的應用前景。

但是，想要將量子行走真正運用于模擬量子計算來展現(xiàn)量子算法優(yōu)越性，務必滿足兩點：足夠多的行走路徑，及可根據(jù)算法需求自由設計的演化空間。以往的量子行走實驗受限于所能制備的物理體系的尺寸限制，只能做出幾小步演化的原理性演示，且從來不能在真正的空間二維體系中自由演化，遠不足以用于模擬量子計算實驗。

金賢敏研究組通過飛秒激光直寫技術(shù)制備集成化三維波導芯片，以波導走向代表連續(xù)演化時間，端面形成49×49個節(jié)點（即總共2401個節(jié)點）的超大演化空間，這樣即使是單光子注入，也能實現(xiàn)數(shù)以千記的量子行走路徑，實驗中量子達到至少一百多個行走步徑，突破了量子行走實驗紀錄；同時在演化過程中，光量子在波導之間的耦合強弱也可通過設計波導間距來精確調(diào)控。甚至精準波導彎曲、定量引入損耗及等調(diào)控技術(shù)也在穩(wěn)步發(fā)展中。不斷純熟的集成化波導芯片技術(shù)使得量子行走向?qū)嶋H模擬量子計算應用大步靠近。

研究組通過制備PPKTP高亮度單光子源及發(fā)展高分辨率ICCD單光子成像技術(shù)，觀察了光量子的二維行走模式。實驗驗證量子行走不論在一維還是二維演化空間中，都具有區(qū)別于經(jīng)典隨機行走的彈道式傳輸特性（ballistic transport）。

這種加速傳輸正是支持量子行走能夠在許多算法中超越經(jīng)典計算機的基礎。理論曾指出瞬態(tài)網(wǎng)絡特性（transient network）只在大于一維的量子行走中才實現(xiàn)，而以往準二維量子行走實驗由于受限的量子演化空間，無法觀測網(wǎng)絡傳播特征。該研究首次在實驗中觀測了瞬態(tài)網(wǎng)絡特性，進一步驗證了所實現(xiàn)的量子行走的二維特征。
? ? ? （責任編輯：fqj）