量子計算原型機

量子計算原型機，是首臺基於光子集成芯片的物理系統可擴展的專用光量子計算原型機，實現了“快速到達”問題的量子加速算法。該計算原型機由上海交通大學金賢敏團隊研製。這種基於三維光子集成芯片的大規模量子演化系統，使研發各種物理系統可擴展的專用光量子計算原型機成爲可能，極大地推動量子計算機的實際應用；還有望用來解決許多跨學科交叉的科學問題並衍生新興研究領域。

2018年10月，上海交通大學金賢敏團隊近日研製出了首臺基於光子集成芯片的物理系統可擴展的專用光量子計算原型機，首次在實驗上實現了快速到達問題的量子加速算法。這項研究開啓了利用量子系統的維度和尺度作爲全新資源，研發專用光量子計算機的路線圖。

專用量子計算可直接構建量子系統，不需要依賴通用計算機面臨的‘攔路虎’複雜的量子糾錯，因而更容易實現。一旦能製備和控制的量子系統達到全新尺度，將可以在特定問題上實現遠超經典計算機的計算能力。

量子行走作爲專用量子計算的重要內核，已被理論預測具有明顯的量子加速效果。其中，對於粘合樹結構上的快速到達問題，量子行走的優勢尤爲突出。但常規的二叉粘合樹的節點數目隨層數增加呈指數級增加，會迅速耗盡幾何上的製備空間，因此不可擴展。

在新研究中，金賢敏團隊提出了一種具有充分可擴展性的六方粘合樹結構，通過飛秒激光直寫技術成功映射到三維光量子集成芯片中，並藉此演示了量子快速到達算法內核，相比經典情形展示了平方級加速，且最優效率提高一個數量級。