多光子高维纠缠可为高维通用型量子计算提供关键资源态

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北京，4月14日（记者金浩天）北京大学研究员王建伟、龚教授研究小组和合作伙伴经过六年的联合研究，开发了基于超大规模集成硅光子学的图论“光量子计算芯片”——“博雅一号”，开发了超大规模集成硅基光量子芯片的晶圆级加工和量子调节技术，首次实现了多光子高维量子纠缠的制备和调节，演示了基于图论的专用量子计算。近日，以“超大规模集成图量子光子学”为题的相关研究成果在线发表在《自然》中·光子学》。

图论是数学和计算机科学的重要分支，可以用来描述被研究对象之间的复杂关系。图论还为量子态、量子器件和量子系统的描述和描述提供了强有力的数学工具。例如，纠缠状态是通用量子计算的重要资源状态。量子行走可以模拟网络结构，描述量子关联，研究量子网络。图论“光量子计算芯片”它是一种新型的量子计算技术，以数学图论为理论架构，描述、映射和实现芯片上的光量子计算功能。

经过六年的联合研究，北京大学研究小组和合作伙伴开发了基于互补金属氧化物半导体技术的晶圆级大型集成硅光量子芯片制备技术和量子控制方法，开发了集成约2500个元件的超大型光量子芯片，实现了基于图论的光量子计算和信息处理功能。这种光量子芯片可以与复数图完全对应，图的边缘对应相关的光子对源，顶点对应光子源到探测器的路径，芯片输出多个光子计数对应图的完美匹配。光量子芯片可以任意重构八顶点无向复图，并执行与图纸对应的量子信息处理和量子计算任务。

量子纠缠是研究量子基础物理和量子计算前沿应用的核心资源。然而，如何在芯片上制备多光子和高维量子纠缠一直存在许多理论和实验挑战。利用光量子芯片，研究团队首次实现了多光子、高维量子纠缠状态的制备、控制、测量和纠缠验证，验证了四光子三维GHZ的真正纠缠。单芯片编程在统一的图论架构下，实现了多种重要的量子纠缠。多光子高维纠缠可为高维通用量子计算提供关键资源状态。据报道，基于图论的可编程玻色取样专用量子计算芯片有望为化学分子模拟、图优化解决、量子辅助机器学习提供有效的解决方案。