香港理工大學(理大)的研究團隊成功研發(fā)出世界首創(chuàng)的16位量子比特半導體微型處理器晶片，為模擬大型複雜分子譜提供了全新的解決方案，團隊精心設計基於量子疊加與量子糾纏模擬方案，而傳統(tǒng)方式則需要耗費大量的運算時間。此項研究成果已發(fā)表於《自然通訊》( Nature Communications)，題為 「基於壓縮真空態(tài)製備的大尺度光子網(wǎng)絡用於分子振動譜模擬」。這項尖端技術為解決複雜的量子化學問題創(chuàng)造條件，亦為量子計算應用帶來了新的突破。
研究團隊由理大電機及電子工程學系量子工程與科學講座教授、量子技術研究院院長、傑出創(chuàng)科學人教授及新加坡工程院院士劉愛群領導，及研究論文第一作者博士後研究員朱慧慧主導及團隊的共同努力，合作機構包括南洋理工大學、香港城市大學、北京理工大學、南方科技大學、新加坡微電子研究所及瑞典的查爾摩斯理工大學。
朱慧慧與團隊透過實驗展示了這款大規(guī)模量子微型處理器晶片的強大功能。團隊利用線性光子網(wǎng)絡及壓縮真空量子光源來模擬分子振動譜。該16位量子微處理晶片是在單個晶片上製造和集成。團隊還研發(fā)了一套完整系統(tǒng)，包括用於量子光子微型處理器晶片與控制模組的光電熱封裝、驅動軟件及用戶介面，以及可程式化的底層量子演算法。開發(fā)的量子電腦系統(tǒng)可應用不同計算模型。
量子微型處理器可用於處理複雜任務，例如更加快捷、準確地模擬大型蛋白質結構或優(yōu)化分子反應。朱慧慧表示：「我們的方法可以突破傳統(tǒng)限制，實現(xiàn)早期的實用分子模擬，有望在相關的量子化學應用中實現(xiàn)量子加速。」
量子技術在材料科學、化學及凝聚體物理學等科學領域非常重要。量子微型處理器晶片是量子電腦的核心技術，為量子信息處理提供不可替代的技術方案。
該研究成果為無數(shù)實際應用打開了新的大門，包括解決分子對接問題，以及使用圖形分類等量子機器學習技術。劉愛群說：「我們的研究為解決實際的量子模擬技術開闢了新途徑。下一步，我們將擴大微型處理器的規(guī)模，以應對更複雜的應用，造福社會。」
頂圖圖説：理大電機及電子工程學系量子工程與科學講座教授、量子技術研究院院長、傑出創(chuàng)科學人教授劉愛群（左二）領導的研究已發(fā)表於《自然通訊》，第一作者為博士後研究員朱慧慧（右二）。理大供圖
研究團隊成功研發(fā)出世界首創(chuàng)的16位量子比特半導體微型處理器晶片。理大供圖
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