我國(guó)科學(xué)家研制出新型可擴(kuò)展光子計(jì)算機(jī) 預(yù)示光子計(jì)算機(jī)未來(lái)可期

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

不斷提升的集成度賦予電子計(jì)算機(jī)越來(lái)越強(qiáng)大的計(jì)算能力，不斷有研究指出，由于高度集成化導(dǎo)致芯片“散熱問(wèn)題”和“量子隧穿效應(yīng)”，摩爾定律在不遠(yuǎn)的將來(lái)不再適用。

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

在最新研究中，金賢敏團(tuán)隊(duì)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(shì)，展示出光子計(jì)算機(jī)在特定計(jì)算問(wèn)題上超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的潛力。

研究團(tuán)隊(duì)在光子計(jì)算機(jī)上求解的問(wèn)題名為“子集和問(wèn)題”(SSP)，從計(jì)算復(fù)雜度而言，屬于NP問(wèn)題(經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法高效求解的一大類問(wèn)題)中最難解的一種，求解SSP可作為衡量新型計(jì)算架構(gòu)計(jì)算能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。

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(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中，并借助飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)刻寫(xiě)在光子芯片內(nèi)部。當(dāng)光子被注入光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，計(jì)算過(guò)程由此被激活。光子作為計(jì)算載體，在光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中演化，并行搜索所有可能的演化路徑來(lái)尋找解。

研究發(fā)現(xiàn)，得益于光子計(jì)算機(jī)的并行運(yùn)算方式、集成光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的緊湊性，以及光超高的傳播速度、強(qiáng)抗干擾能力等“天賦”，SSP求解速度更快，且物理尺度可擴(kuò)展。

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

關(guān)鍵詞： 新型可擴(kuò)展光子計(jì)算機(jī)