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新突破！三維光量子芯片首次實現(xiàn)量子隨機(jī)行走
發(fā)布日期： 2022-02-24 14:09:21 來源： 中國科學(xué)報

近日，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授金賢敏課題組和意大利佛羅倫薩大學(xué)、英國帝國理工學(xué)院學(xué)者合作，在《物理評論快報》上發(fā)表論文，驗證了三維光量子芯片上量子隨機(jī)行走符合哈爾測度，首次在實驗上實現(xiàn)基于量子隨機(jī)行走的哈爾隨機(jī)酉矩陣。

量子系統(tǒng)的隨機(jī)運(yùn)算在量子信息處理中扮演著重要的角色。特別是隨著各種關(guān)于玻色采樣的研究證明了量子計算的優(yōu)越性，這些研究所需要的哈爾隨機(jī)酉矩陣越來越受到人們的關(guān)注。

“哈爾測度不僅是研究隨機(jī)性的理論工具，也成為一個構(gòu)建量子協(xié)議或算法的實用模塊。”該論文第一作者、上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院副研究員唐豪對《中國科學(xué)報》說，“因此，被廣泛應(yīng)用于玻色采樣、量子密碼學(xué)、量子過程層析成象、糾纏生成、保真度估計等領(lǐng)域。”

目前已報道的一些實驗方案，有的基于通用量子線路，需使用大量的量子門;有的基于可編程光網(wǎng)絡(luò)，需要使用光子分束器和干涉儀隨模式數(shù)目平方級增加。

“這些實現(xiàn)方式相對復(fù)雜，意大利佛羅倫薩大學(xué)教授L. Banchi等受量子控制及開放量子系統(tǒng)理論啟發(fā)，推導(dǎo)出基于時間連續(xù)型量子隨機(jī)行走，可以更高效地實現(xiàn)哈爾隨機(jī)酉矩陣，可通過大量的量子隨機(jī)行走演化結(jié)果的期望趨于均勻分布進(jìn)行檢驗，但該方案從未被實驗驗證。”唐豪說。

研究人員基于三維光量子芯片實現(xiàn)各種量子行走實驗，通過對原理論方案進(jìn)行改進(jìn)，提出具體基于波導(dǎo)傳輸常數(shù)隨機(jī)擾動的量子隨機(jī)行走理論模型，更加直觀看到實驗圖像，并經(jīng)過數(shù)值推導(dǎo)驗證符合哈爾測度。(作者：陸琦 張雙虎 黃辛 )

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