我國科學家研制出新型可擴展光子計算機 預(yù)示光子計算機未來可期

2月2日，記者從上海交通大學集成量子信息技術(shù)研究中心獲悉，該中心金賢敏團隊研制出一種結(jié)合集成芯片、光子概念和非馮諾依曼計算架構(gòu)的光子計算機，新計算機不僅在解決某些難題方面擁有超越經(jīng)典電子計算機的潛力，且物理尺度可擴展。該研究提供了超越經(jīng)典計算機計算能力新思路，預(yù)示光子計算機未來可期。研究發(fā)表于最新一期美國《科學進展》雜志。

不斷提升的集成度賦予電子計算機越來越強大的計算能力，不斷有研究指出，由于高度集成化導致芯片“散熱問題”和“量子隧穿效應(yīng)”，摩爾定律在不遠的將來不再適用。

金賢敏對記者解釋說：“尋求潛在新型計算方式是進一步推進人類計算能力的重要手段，量子計算、DNA計算、光計算等不斷被提出。2019年底,谷歌演示了53量子比特的量子計算機，宣示‘量子霸權(quán)’，率先揭示了非馮諾依曼計算架構(gòu)的優(yōu)勢。”

在最新研究中，金賢敏團隊另辟蹊徑，不依賴脆弱的量子特性，而是更多借助光子本身的優(yōu)勢，展示出光子計算機在特定計算問題上超越經(jīng)典計算機的潛力。

研究團隊在光子計算機上求解的問題名為“子集和問題”(SSP)，從計算復雜度而言，屬于NP問題(經(jīng)典計算機無法高效求解的一大類問題)中最難解的一種，求解SSP可作為衡量新型計算架構(gòu)計算能力的重要標準。

在最新研究中，研究人員成功將SSP映射到由三種基本結(jié)構(gòu)組成的三維集成光波導網(wǎng)絡(luò)中，并借助飛秒激光直寫技術(shù)刻寫在光子芯片內(nèi)部。當光子被注入光波導網(wǎng)絡(luò)時，計算過程由此被激活。光子作為計算載體，在光波導網(wǎng)絡(luò)中演化，并行搜索所有可能的演化路徑來尋找解。

研究發(fā)現(xiàn)，得益于光子計算機的并行運算方式、集成光波導網(wǎng)絡(luò)的緊湊性，以及光超高的傳播速度、強抗干擾能力等“天賦”，SSP求解速度更快，且物理尺度可擴展。

金賢敏表示，他們計劃構(gòu)建更大規(guī)模光子芯片和測量系統(tǒng)，向更大問題尺寸和計算能力邁進。(記者劉霞)

關(guān)鍵詞： 新型可擴展光子計算機