“硅芯片中光量子态的产生和采样”

布里斯托尔大学和丹麦技术大学的科学家们发现了一种很有前途的新方法，可以构建新一代光和硅微芯片组合的量子模拟器。

科学界在竞争以前流传的超级计算机能够处理用户问题的量子机器，开发能够克服的路线图方面，面临着两个主要的技术课题。

一是能够构建能够大规模解决新闻的大量子电路的能力，二是能够制作大量的单一量子粒子，通过这些电路编码和传播量子新闻。

为了开发能够克服经典机械的先进量子技术，必须满足这两个要求。

应对这些挑战的一个非常有前景的平台是硅量子光子学。 在这项技术中，光子、各个粒子的光所携带的新闻由硅微芯片生成并解决。

这些器件使用集成波导(纳米级光纤的模拟)诱导和操作纳米级光。

重要的是，光子芯片的制造需要用于在半导体工业中制造电子微芯片的相同技术，从而可以制造量子电路。

在布里斯托尔大学的量子工程技术( qet )实验室，该团队最近展示了一种硅光子芯片，其中嵌入了由近千个光学元件组成的量子干涉仪，这些光学元件比几年前的一些水平还要高。

但是，一个尚未处理的重要问题是这些设备是否能够产生足够多的光子来执行有用的量子计算任务。 今天发表在自然物理学杂志上的布里斯托尔研究表明，这个问题有积极的答案。

通过探索硅量子光子学最新技术的迅速发展，说明该团队即使已经是小规模的硅光子电路，也能产生和解决集成光子学中没有的多个光子。

实际上，由于光子损耗等电路中的缺陷，以往集成光子学的演示仅限于在芯片上发生和解决的两个光子的实验，但仅去年，许多噪声电路就报道了四光子实验。 。

业务表明，通过改进各集成组件的设计，该团队在简单电路中最多产生8个光子的实验将是集成光子学的两倍。 另外，根据他们的分解，通过扩大电路的数量和噪声性，这是硅平台的强大功能，可以进行20多个光子的实验，光子量子机械有望超过最好的经典超级计算机。

该研究还研究了这一近期光子量子求解器可能进入量子特征制度的应用。

特别是，通过重构芯片内的光学非线性模型，说明了硅芯片可以用于执行被称为玻斯粒子采样问题的各种量子模拟任务。

关于其中一个协议，如gaussian boson sampling，这是世界上首个新的演示。

该小组还解释说，如果采用这样的协议，硅量子器件能够应对工业相关的问题。 特别提出了用高斯-玻斯粒子采样发现电子变换的分子中振动迁移的化学问题，用我们的器件类型进行模拟的方法。

第一作者，布里斯托大学纳米科学与量子新闻中心的stefano paesani博士，我们的研究结果表明，超越经典超级计算机的光子量子模拟器对硅量子光子学平台来说是现实的近期前景。

这种量子机械的迅速发展可能会对工业相关行业产生潜在的突破性影响，如化学、分子设计、人工智能和大数据观察。

应用更好的药剂学设计和能够更有效地产生能量的分子状态工程。

共同作者raffaele santagati博士认为，从所得结果看，量子机械的里程碑比现有经典计算机要快于集成量子光子学平台。

虽然其他技术也有能力达到陷阱离子和超导系统等这种状态，但光子学方法具有我们研究的近期应用的独特特征。 光子路径很危险，但是安装起来，很值得追求。

布里斯托尔物理学副教授anthony laing教授监督了这个项目。 他说，用同一芯片生成和解决的光子数量将增加4倍，这个团队设定了将量子模拟器扩展到几十光子的场景，其中与目前标准计算硬件的性能相比意义重大。