纳米光子模拟器实现量子级计算
发布时间：2023-07-24 08:00:00 阅读数： 47
罗切斯特大学（UR）的研究人员开发出一种基于光子学的量子模拟系统，可以在量子水平上模拟物理现象。纳米光子量子模拟器通过控制量子纠缠光子随时间变化的频率，在量子相关合成空间中执行芯片级模拟。
量子系统的高效模拟器是量子计算的最初目标之一。光子学中的合成维度是一种不受几何维度限制的强大模拟方法。
UR 模拟器可以让科学家们更好地理解复杂的自然现象，而这些现象在经典的高性能计算系统中是无法模拟的。具体来说，该系统可以使量子模拟成为可行，从而在模拟物理世界的合成空间中探索物理系统。
研究人员利用芯片级动态调制微谐振器和相干控制的宽带量子频率梳创建了量子相关合成晶体。梳状模式的时频纠缠扩展了合成空间的维度，形成了一个具有电控可调性的大型合成晶格。
罗切斯特大学的研究人员开发了一种系统，通过控制量子纠缠光子在时间流逝过程中的频率，可以在模拟物理世界的合成空间中进行量子模拟。罗切斯特大学/Michael Osadciw 提供。
据研究人员称，这种晶体将量子相关合成空间的高维性与单片纳米光子结构的简易性以及片上系统的相干控制结合在一起。首席研究员林强说，这种方法大大扩展了合成空间的维度，使研究人员能够对多种量子尺度的现象进行模拟。
研究人员的方法不同于传统的基于光子学的计算方法，在这种方法中，光子的路径是受控的。它还减少了在量子层面模拟物理现象所需的物理足迹和资源。
研究人员利用纠缠光子之间量子相关性的演变，用量子模拟器进行了一系列模拟。除了量子随机漫步外，他们还在时间和频率相关空间演示了布洛赫振荡和多级拉比振荡。
研究员乌斯曼-贾维德（Usman Javid）说，该研究小组目前模拟的系统已经得到了很好的理解。不过，他说，原理验证实验证明了这种方法的强大功能，可以扩展到更复杂的模拟和计算任务。
这项研究发表在《自然-光子学》（www.doi.org/10.1038/s41566-023-01236-7）上。
