香港理工大學(xué)(理大)的研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出世界首創(chuàng)的16位量子比特半導(dǎo)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(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)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(fèi)大量的運(yùn)算時(shí)間。此項(xiàng)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(luò)用於分子振動(dòng)譜模擬」。這項(xiàng)尖端技術(shù)為解決複雜的量子化學(xué)問(wèn)題創(chuàng)造條件，亦為量子計(jì)算應(yīng)用帶來(lái)了新的突破。
研究團(tuán)隊(duì)由理大電機(jī)及電子工程學(xué)系量子工程與科學(xué)講座教授、量子技術(shù)研究院院長(zhǎng)、傑出創(chuàng)科學(xué)人教授及新加坡工程院院士劉愛(ài)群領(lǐng)導(dǎo)，及研究論文第一作者博士後研究員朱慧慧主導(dǎo)及團(tuán)隊(duì)的共同努力，合作機(jī)構(gòu)包括南洋理工大學(xué)、香港城市大學(xué)、北京理工大學(xué)、南方科技大學(xué)、新加坡微電子研究所及瑞典的查爾摩斯理工大學(xué)。
朱慧慧與團(tuán)隊(duì)透過(guò)實(shí)驗(yàn)展示了這款大規(guī)模量子微型處理器晶片的強(qiáng)大功能。團(tuán)隊(duì)利用線性光子網(wǎng)絡(luò)及壓縮真空量子光源來(lái)模擬分子振動(dòng)譜。該16位量子微處理晶片是在單個(gè)晶片上製造和集成。團(tuán)隊(duì)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(qū)動(dòng)軟件及用戶(hù)介面，以及可程式化的底層量子演算法。開(kāi)發(fā)的量子電腦系統(tǒng)可應(yīng)用不同計(jì)算模型。
量子微型處理器可用於處理複雜任務(wù)，例如更加快捷、準(zhǔn)確地模擬大型蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或優(yōu)化分子反應(yīng)。朱慧慧表示：「我們的方法可以突破傳統(tǒng)限制，實(shí)現(xiàn)早期的實(shí)用分子模擬，有望在相關(guān)的量子化學(xué)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)量子加速。」
量子技術(shù)在材料科學(xué)、化學(xué)及凝聚體物理學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域非常重要。量子微型處理器晶片是量子電腦的核心技術(shù)，為量子信息處理提供不可替代的技術(shù)方案。
該研究成果為無(wú)數(shù)實(shí)際應(yīng)用打開(kāi)了新的大門(mén)，包括解決分子對(duì)接問(wèn)題，以及使用圖形分類(lèi)等量子機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。劉愛(ài)群說(shuō)：「我們的研究為解決實(shí)際的量子模擬技術(shù)開(kāi)闢了新途徑。下一步，我們將擴(kuò)大微型處理器的規(guī)模，以應(yīng)對(duì)更複雜的應(yīng)用，造福社會(huì)。」
頂圖圖説：理大電機(jī)及電子工程學(xué)系量子工程與科學(xué)講座教授、量子技術(shù)研究院院長(zhǎng)、傑出創(chuàng)科學(xué)人教授劉愛(ài)群（左二）領(lǐng)導(dǎo)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(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出世界首創(chuàng)的16位量子比特半導(dǎo)體微型處理器晶片。理大供圖
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