[发明专利]一种基于集成光学的可编程高维量子计算芯片结构在审

专利信息
申请号: 202111143350.X 申请日: 2021-09-28
公开(公告)号: CN113935493A 公开(公告)日: 2022-01-14
发明(设计)人: 强晓刚;王超 申请(专利权)人: 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
主分类号: G06N10/40 分类号: G06N10/40
代理公司: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 王治东
地址: 100071 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 集成 光学 可编程 量子 计算 芯片 结构
【说明书】:

发明提供一种基于集成光学的可编程高维量子计算芯片,通过调控纠缠多光子源制备的多光子路径纠缠态和通用线性光学网络实现的光学幺正变换,以对幺正变换进行不同线性组合实现可编程高维量子比特计算。芯片包括:可配置纠缠多光子源,用于产生多光子,得到线性项系数,并将多个光子根据波长分别输出;初态配置线性光学网络(O),用于对可配置纠缠多光子源输出的光子制备量子初态;幺正算符配置线性光学网络(U),用于实现光学幺正变换,以及合束实现幺正变换线性组合;投影测量线性光学网络(T),用于对合束后的光量子态进行投影测量。本发明的技术方案可以实现可编程控制的通用高维量子计算芯片。

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域,尤其涉及一种基于集成光学的可编程高维量子计算芯片。

背景技术

量子计算是遵循量子力学规律通过调控量子信息单元即量子比特来进行计算的新型计算模式。量子计算利用量子的叠加、干涉以及纠缠特性进行计算,具有天然的并行性及超大的信息存储能力,从而具有经典计算不可比拟的巨大潜力,在诸如大数质因子分解、数据库搜索、化学分子模拟等众多领域具有巨大应用潜力。

线性光学系统是实现量子计算的主要物理途径之一。其主要优势包括:光子具有很长的相干时间,不容易受到外界环境干扰而退相干;光子容易实现高精度操控;光子多自由度可以用于编码高维量子。

许多量子计算应用可以在线性光学系统中实验实现,这些线性光学系统大多为分立元件光学系统。采用分立元件光学系统实现可编程量子计算时,需要对分立光学元件进行调制,实验难度较大,且对实验技术具有较高的要求。此外,自由空间线性光学系统需要大量分立的光学元件,整个系统体积巨大,且各个分立元件容易受到外界环境温度、振动等因素影响,从而系统的稳定性和可扩展性受到限制。

集成光学量子芯片是采用集成光学技术将分立的线性光学元件以薄膜形式集成到单个半导体集成芯片上,与分立元件光学系统相比,不仅体积显著减小,而且整个系统由于高集成度而具有更好的稳定性及更好的可扩展性。集成光学量子芯片能够实现庞大光学平台上分立元件光学系统的小型化、集成化,被认为是实现大规模光学量子计算系统的最有效途径。

目前线性光学量子系统大多采用参量下变换或四波混频效应来概率性地产生单光子对,理论上可以实现确定性的单光子源,仍有相当多的技术难题需要克服,因而光子资源整体较为昂贵。另一方面,单光子具有多种自由度,对单光子进行高维编码和操控,能够显著光量子计算中降低光子资源的需求。根据光子高维量子态的制备和操控特性,结合集成光学量子芯片技术的优势,能够为线性光学量子计算系统计算能力的提升提供新的途径。

发明内容

本发明提供一种基于集成光学的可编程高维量子计算芯片,通过片上实现高维光量子态的制备、操控以及投影测量,进而实现高维量子态输入、高维量子门操作、高维量子态投影测量均可编程控制的通用高维量子计算芯片。

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