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我国科学家研制出新型可扩展光子计算机

日前,记者从上海交通大学集成量子信息技术研究中心获悉,该中心金贤敏团队研制出一种结合集成芯片、光子概念和非冯诺依曼计算架构的光子计算机,新计算机不仅在解决某些难题方面拥有超越经典电子计算机的潜力,且物理尺度可扩展。该研究提供了超越经典计算机计算能力新思路,预示光子计算机未来可期。研究发表于最新一期美国《科学进展》杂志。

不断提升的集成度赋予电子计算机越来越强大的计算能力,不断有研究指出,由于高度集成化导致芯片“散热问题”和“量子隧穿效应”,摩尔定律在不远的将来不再适用。

金贤敏对记者解释说:“寻求潜在新型计算方式是进一步推进人类计算能力的重要手段,量子计算、DNA计算、光计算等不断被提出。2019年底, 谷歌演示了53量子比特的量子计算机,宣示‘量子霸权’,率先揭示了非冯诺依曼计算架构的优势。”

在最新研究中,金贤敏团队另辟蹊径,不依赖脆弱的量子特性,而是更多借助光子本身的优势,展示出光子计算机在特定计算问题上超越经典计算机的潜力。

研究团队在光子计算机上求解的问题名为“子集和问题”(SSP),从计算复杂度而言,属于NP问题(经典计算机无法高效求解的一大类问题)中最难解的一种,求解SSP可作为衡量新型计算架构计算能力的重要标准。

在最新研究中,研究人员成功将SSP映射到由三种基本结构组成的三维集成光波导网络中,并借助飞秒激光直写技术刻写在光子芯片内部。当光子被注入光波导网络时,计算过程由此被激活。光子作为计算载体,在光波导网络中演化,并行搜索所有可能的演化路径来寻找解。

研究发现,得益于光子计算机的并行运算方式、集成光波导网络的紧凑性,以及光超高的传播速度、强抗干扰能力等“天赋”,SSP求解速度更快,且物理尺度可扩展。

金贤敏表示,他们计划构建更大规模光子芯片和测量系统,向更大问题尺寸和计算能力迈进。

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