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上海交通大学金贤敏团队提出首个基于光子集成芯片的物理系统可扩展的专用光量子计算方案，首次在实验中实现了“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量子集成芯片中成功构建了大规模六方黏合树并演示了量子快速到达算法内核，相比经典情形展示了平方级加速。研究成果近日发表于《自然—光子学》。
研究人员根据理论预测的量子动态演化过程中最大的到达概率及对应的最优演化长度，通过飞秒激光直写技术制备最优演化长度附近的若干组芯片样品。然后通过激光注入、CCD成像观测芯片输出的光强概率分布，确定不同层数结构的最优演化长度。注入单光子量子光源，用高精度单光子成像观测在最优“快速到达”情形下的演化图形。量子算法可实现约90%的最优到达效率，最优演化长度约为25mm，比经典最优到达效率高10倍。
通过努力，团队最终首次在复杂六方黏合树结构“快速到达”问题中成功实现量子加速优势。金贤敏表示，光量子集成芯片中的实验结果与理论结果在最优到达效率及最优演化长度两方面都吻合得很好，这与研究团队过去3年发展的飞秒激光直写制备三维光量子集成芯片的精准工艺是分不开的。
专家表示，该项研究发展的基于三维光子集成芯片的大规模量子演化系统，使研发各种物理系统可扩展的专用光量子计算成为可能，有望极大推动量子计算的实际应用。
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