納米光子模擬器實(shí)現(xiàn)量子級(jí)計(jì)算

羅切斯特大學(xué)（UR）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種基于光子學(xué)的量子模擬系統(tǒng)，可以在量子水平上模擬物理現(xiàn)象。納米光子量子模擬器通過(guò)控制量子糾纏光子隨時(shí)間變化的頻率，在量子相關(guān)合成空間中執(zhí)行芯片級(jí)模擬。

量子系統(tǒng)的高效模擬器是量子計(jì)算的最初目標(biāo)之一。光子學(xué)中的合成維度是一種不受幾何維度限制的強(qiáng)大模擬方法。

UR 模擬器可以讓科學(xué)家們更好地理解復(fù)雜的自然現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象在經(jīng)典的高性能計(jì)算系統(tǒng)中是無(wú)法模擬的。具體來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)可以使量子模擬成為可行，從而在模擬物理世界的合成空間中探索物理系統(tǒng)。

研究人員利用芯片級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)制微諧振器和相干控制的寬帶量子頻率梳創(chuàng)建了量子相關(guān)合成晶體。梳狀模式的時(shí)頻糾纏擴(kuò)展了合成空間的維度，形成了一個(gè)具有電控可調(diào)性的大型合成晶格。

羅切斯特大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種系統(tǒng)，通過(guò)控制量子糾纏光子在時(shí)間流逝過(guò)程中的頻率，可以在模擬物理世界的合成空間中進(jìn)行量子模擬。羅切斯特大學(xué)/Michael Osadciw 提供。

據(jù)研究人員稱，這種晶體將量子相關(guān)合成空間的高維性與單片納米光子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易性以及片上系統(tǒng)的相干控制結(jié)合在一起。首席研究員林強(qiáng)說(shuō)，這種方法大大擴(kuò)展了合成空間的維度，使研究人員能夠?qū)Χ喾N量子尺度的現(xiàn)象進(jìn)行模擬。

研究人員的方法不同于傳統(tǒng)的基于光子學(xué)的計(jì)算方法，在這種方法中，光子的路徑是受控的。它還減少了在量子層面模擬物理現(xiàn)象所需的物理足跡和資源。

研究人員利用糾纏光子之間量子相關(guān)性的演變，用量子模擬器進(jìn)行了一系列模擬。除了量子隨機(jī)漫步外，他們還在時(shí)間和頻率相關(guān)空間演示了布洛赫振蕩和多級(jí)拉比振蕩。

研究員烏斯曼-賈維德（Usman Javid）說(shuō)，該研究小組目前模擬的系統(tǒng)已經(jīng)得到了很好的理解。不過(guò)，他說(shuō)，原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明了這種方法的強(qiáng)大功能，可以擴(kuò)展到更復(fù)雜的模擬和計(jì)算任務(wù)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然-光子學(xué)》（）上。