北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納光電子前沿科學(xué)中心、“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”王劍威研究員和龔旗煌教授課題組與合作者實(shí)現(xiàn)了一種基于圖論的光量子計(jì)算芯片（命名為“博雅一號(hào)”），發(fā)展出了超大規(guī)模集成硅基光量子芯片的晶圓級加工和量子調(diào)控技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了片上多光子高維度量子糾纏態(tài)的制備與調(diào)控，演示了基于圖論的可任意編程玻色取樣專用型量子計(jì)算。2023年4月6日，相關(guān)研究成果以《超大規(guī)模集成的圖量子光子學(xué)》（“Very-large-scale integrated quantum graph photonics”）為題，在線發(fā)表于《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）。 VrhHcvnZ  
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圖論是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，可以用來描述被研究對象間的復(fù)雜關(guān)系。圖論也為描述與刻畫量子態(tài)、量子器件和量子系統(tǒng)等提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具，例如，圖糾纏態(tài)是通用量子計(jì)算的重要資源態(tài)，量子行走可以模擬圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，圖可以描述量子關(guān)聯(lián)、研究量子網(wǎng)絡(luò)等。最近，2022年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主維也納大學(xué)Aton Zeilinger教授團(tuán)隊(duì)在理論上提出了一種數(shù)學(xué)圖論和量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的緊密對應(yīng)關(guān)系。在此架構(gòu)中，通過利用圖的高度可視化功能和強(qiáng)大數(shù)學(xué)工具包，圖不僅可以用來描述幾乎所有基于非線性參量光源和線性光學(xué)的光量子模塊、器件、系統(tǒng)和裝置，還可以用來發(fā)現(xiàn)新的復(fù)雜量子糾纏資源。但該圖論量子架構(gòu)對其實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)提出了極高的要求，難以在傳統(tǒng)光量子信息平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。 B
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北京大學(xué)課題組與中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、丹麥科技大學(xué)、英國布里斯托爾大學(xué)和澳大利亞西澳大學(xué)合作，經(jīng)過六年的聯(lián)合攻關(guān)，突破了大規(guī)模光量子芯片設(shè)計(jì)、加工、調(diào)控和實(shí)驗(yàn)測量的重重困難，發(fā)展出了基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝（CMOS）的晶圓級大規(guī)模集成硅基光量子芯片制備技術(shù)和量子調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)了一款集成約2500個(gè)元器件的超大規(guī)模光量子芯片，實(shí)現(xiàn)了基于圖論的光量子計(jì)算和信息處理功能，包括面向通用型量子計(jì)算的多光子高維量子糾纏制備，以可編程玻色取樣專用型量子計(jì)算。該圖論光量子芯片，實(shí)現(xiàn)了量子芯片與復(fù)數(shù)圖的完全一一對應(yīng)，圖的邊對應(yīng)關(guān)聯(lián)光子對源，頂點(diǎn)對應(yīng)光子源到探測器的路徑，芯片輸出多重光子計(jì)數(shù)對應(yīng)于圖的完美匹配。通過編程該圖論光量子芯片可任意重構(gòu)八頂點(diǎn)無向復(fù)圖，并執(zhí)行與圖對應(yīng)的量子信息處理和量子計(jì)算任務(wù)。 |;p.!FO  
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