上海交大首次实现快速到达量子加速算法

(记者黄鑫)上海交通大学金先民团队首次提出了基于光子集成芯片的物理系统可扩展专用光量子计算方案，并首次在实验中实现了针对“快速到达”问题的量子加速算法。研究人员在飞秒激光直写制备的三维光学量子集成芯片中成功构建了大规模的六角键树，并演示了量子快速到达算法内核，与经典情况相比，该内核具有平方加速特性。研究结果最近发表在《自然光子学》上。

根据量子动态演化过程中最大到达概率和相应的最佳演化长度的理论预测，研究人员利用飞秒激光直写技术制备了几组接近最佳演化长度的芯片样品。然后通过激光注入和CCD成像观察芯片输出光强的概率分布，确定不同层结构的最佳演化长度。注入单光子量子光源，利用高精度单光子成像观察最佳“快到达”条件下的演化模式。量子算法的最优到达效率约为90%，最优进化长度约为25毫米，是经典最优到达效率的10倍。

通过努力工作，该团队终于在复杂的六角键树结构的“快速到达”问题上首次实现了量子加速优势。Kim hyun-min表示，光量子集成芯片的实验结果和理论结果在最佳到达效率和最佳演化长度两方面都有很好的一致性，这与该研究团队在过去三年中开发的飞秒激光直写制作三维光量子集成芯片的精确过程密不可分。

专家表示，本次研究开发的基于三维光子集成芯片的大规模量子进化系统，使得针对各种物理系统开发可扩展的专用光量子计算成为可能，有望极大地促进量子计算的实际应用。

相关文件信息:DOI:10.1038/s 11566-018-0282-5

中国科学新闻(2018-11-21，第一版集锦)