光子处理器新突破将带来量子计算的飞跃

在制作实打实的量子光子计算机之前,光子电路必须至少首先在多任务效率上与其想要替代的传统微处理器持平。而现在,来自布里斯托大学的一支研究团队,就声称他们已经打造出了这样一款光子芯片。与当下的数字电子微处理器相比,光量子计算机承诺带来指数级增长的速度与性能。来自布里斯托大学和日本电报电话公司(NTT)的研究人员,也在努力向着这一目标前进。

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据悉,布里斯托大学和NTT的研究团队已声称开发出了一款可完全编程的量子光学芯片,它能够编码和操纵光子,以实现无数种方法。

该芯片的“基底”仍然是常见的玻璃和硅材料,以及此前的光子芯片研究成果——即整合六个用于通用线性光学转换的波导和15组干涉仪(叠加一个光子束到另一个上,以查找异常的强度或相位)。

其结果就是,量子处理器能够在同一时间内进行各种不同的操作。更妙的是,该芯片的架构非常稳定,并且拥有可以快速重编程的特性。

如此一来,我们就可以通过软件代码来实现广阔范围内的连续快速(或并发)执行,以及无数的未来协议。

团队研究员、布里斯托博士生Jacques Carolan表示:

“一旦我们为每个电路编写了代码,它会耗费数秒去为芯片重编程,并在ms级的时间内切换到新的实验中。

在几个小时内就能完成需要耗费一整年才能完成的实验,对此我们感到非常兴奋。对于这些尚处于开发阶段的芯片,我们甚至还没有想过新的学科。。。

该芯片已经制造和封装,从理论上来说,我们可以在一天的时间里执行上千个不同的实验,这在几年前简直是不可想象的”。

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由左至右,分别是来自布里斯托大学的Chris Sparrow、Chris Harrold、Jacques Carolan、以及Anthony Laing。


光子I/O的数量也意味着新处理器能够应用到全新的应用领域,这种数学运算可以用来执行与标准的电子逻辑处理器等效的布尔函数(亦称“量子门” / quantum gates)。

而所谓的“一次可执行数目显著的计算过程”的意思,是指其可以模拟的标准逻辑阵列的性能。这种技术的内在灵活性也意味着通用量子计算机的“普遍性”(比如有效地模拟数字计算机的一个任意状态)。

尽管当前仍处于“适度规模”(modest scale),研究人员们已经承诺设计和打造一台大型的通用量子计算机。其下一阶段的发展方向是扩展其功能和性能,然后在NTT和其他计算机网络公司合作伙伴那里(比如电信领域)进行验证使用。

为了鼓励量子计算的研究和发展,英国布里斯托大学还首创了“量子云”(Quantum in the Cloud)服务,允许大家通过互联网来公开访问运行中的量子处理器,并计划在不久的将来加入更多的芯片。

布里斯托大学量子光子学主任、Jeremy O'Brien教授表示:“在过去10年时间里,我们已经建立了光量子技术的生态系统,使得量子信息科学界最优秀的人才和电信行业的工程技术能够与既定的研究挂钩。若要实现我们的在量子计算机模型上的愿景,就必须鼓励这一模式”。

有关这项研究的论文已经发表在近期出版的《科学》(Science)杂志上。

[编译自:Gizmag , 来源:University of Bristol]

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