量子未來的模樣　新型矽光子晶片問世

編譯／高晟鈞

今天，我們正處於一場量子電腦開發的競賽之中。量子電腦擁有的潛在計算能力，遠遠超過了當今最快的超級電腦。量子電腦的進步，其影響可能涵蓋了從網路安全、分子模擬甚至到藥物發現與材料製造等多個方面。

而這項競賽的一個分支與一種特殊的量子電腦有關──量子模擬器。他可以幫助科學家模擬複雜的方程式模型，包含了複雜的分子作用與藥物開發等等。

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量子電腦的困境

製造一台實用的量子模擬器很困難。早在1980年起，科學家便嘗試利用捕獲離子、冷原子、超導量子位元來構建量子模擬器。儘管科學家在超導系統領域不斷取得進展，甚至展示了小規模的量子系統；然而，這些系統擴展到可用尺寸仍存在挑戰，並且在嘗試使用超導系統模擬量子材料時也存在一定的操縱困難。

近期，由華盛頓大學所開發的一種新型矽光子晶片，或許可以打破這種困境，成為構建量子模擬器的堅實基礎。

矽光子晶片的優點

光子晶片最大的優勢，便在於其可以在CMOS代工廠中製造。這像晶片便採用成熟的矽製造工藝，可以有效降低建造量子模擬器的生產成本，更重要的是，突破小尺寸的限制。

該團隊設計的晶片的核心是「光子耦合腔陣列」。此陣列是由八個光子諧振器組成的偽原子晶格。在這裡，光子可以被限制、提高和降低能量，並以受控的方式移動，本質上形成電路。

與陣列相關的另一種創新的數學演算法，使研究團隊可以使用晶片邊界上的信息，來詳細表徵晶片。另外，團隊也設計了一種用於加熱的獨立新型架構，用以控制陣列中的每個空腔，使團隊可以對設備進行編程。

量子未來

團隊目前正致力於解決量子模擬器的最大障礙，即創造一種「非線性」條件。電子電路中常見的電子因帶負電荷而相互排斥，而光子不同，光子本質上不會相互作用。量子模擬器中需要等效的相互作用來產生非線性並完成電路。該團隊目前正在探索幾種不同的方法來解決這個問題。

整體而言，該研究對於真正實現量子電腦有著重大意義，並為可能的量子未來，描繪出了清晰的藍圖。

資料來源:Phys.org

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