模擬量子計算有著優(yōu)異的表現(xiàn)，未來將具有廣泛的應用前景

（文章來源：OFweek）

模擬量子計算（analog quantum computing），相對于通用量子計算，有更平易近人的物理實現(xiàn)方式，而且對于玻色采樣、搜索、哈密頓量學習、化學模擬等問題上有明顯的天然對應方式和加速優(yōu)勢，因此是目前量子信息發(fā)展的另一個不可或缺、至關重要的領域。谷歌公司于2017年推出的量子軟件OpenFermion便是專攻模擬量子計算。

作為模擬量子計算的一個強有力的工具，二維空間中的量子行走，能夠將特定計算任務對應到量子演化空間中的相互耦合系數(shù)矩陣中，當量子演化體系能夠制備得足夠大并且能靈活設計結構時，可以用來實現(xiàn)工程、金融、生物醫(yī)藥等各領域中的各種搜索、優(yōu)化問題，展現(xiàn)出遠優(yōu)于經(jīng)典計算機的表現(xiàn)，具有廣泛的應用前景。

但是，想要將量子行走真正運用于模擬量子計算來展現(xiàn)量子算法優(yōu)越性，務必滿足兩點：足夠多的行走路徑，及可根據(jù)算法需求自由設計的演化空間。以往的量子行走實驗受限于所能制備的物理體系的尺寸限制，只能做出幾小步演化的原理性演示，且從來不能在真正的空間二維體系中自由演化，遠不足以用于模擬量子計算實驗。

金賢敏研究組通過飛秒激光直寫技術制備集成化三維波導芯片，以波導走向代表連續(xù)演化時間，端面形成49×49個節(jié)點（即總共2401個節(jié)點）的超大演化空間，這樣即使是單光子注入，也能實現(xiàn)數(shù)以千記的量子行走路徑，實驗中量子達到至少一百多個行走步徑，突破了量子行走實驗紀錄；同時在演化過程中，光量子在波導之間的耦合強弱也可通過設計波導間距來精確調控。甚至精準波導彎曲、定量引入損耗及等調控技術也在穩(wěn)步發(fā)展中。不斷純熟的集成化波導芯片技術使得量子行走向實際模擬量子計算應用大步靠近。

研究組通過制備PPKTP高亮度單光子源及發(fā)展高分辨率ICCD單光子成像技術，觀察了光量子的二維行走模式。實驗驗證量子行走不論在一維還是二維演化空間中，都具有區(qū)別于經(jīng)典隨機行走的彈道式傳輸特性（ballistic transport）。

這種加速傳輸正是支持量子行走能夠在許多算法中超越經(jīng)典計算機的基礎。理論曾指出瞬態(tài)網(wǎng)絡特性（transient network）只在大于一維的量子行走中才實現(xiàn)，而以往準二維量子行走實驗由于受限的量子演化空間，無法觀測網(wǎng)絡傳播特征。該研究首次在實驗中觀測了瞬態(tài)網(wǎng)絡特性，進一步驗證了所實現(xiàn)的量子行走的二維特征。
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