面向玻色採樣量子計算的光子探測技術研究

《面向玻色採樣量子計算的光子探測技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由易勛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向玻色採樣量子計算的光子探測技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：易勛
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

量子計算在大數質因子分解等問題上相比經典計算具有指數加速，是學術界廣泛關注的前沿研究。然而，受限於退相干等物理現象，人類至今尚未實現通用量子計算機，無法實證量子計算的強大計算能力。最新研究表明，玻色採樣問題屬於經典計算的難題，理論上卻容易使用量子計算系統實現，有望成為驗證量子計算超越經典計算計算能力的重要典範。在實現求解玻色採樣問題的量子計算實驗中，光子探測器是該計算系統的核心部件，光子數可區分的高效率光子探測是其中最關鍵的技術之一。本項目面向玻色採樣量子計算的實驗系統，提出一種新的光子探測方法，期望在研究玻色採樣量子系統這場世界競賽中找到突破。本項目將聚焦超導碳納米管和石墨烯光子探測器的研究，驗證碳基材料在低溫環境下作為光子探測器的合理性，最佳化該類探測器在玻色採樣量子計算適用頻段下的光子吸收效率，探索光子探測技術對玻色採樣實驗的影響，為未來基於光量子態量子計算的最終實現提供強有力的支撐。

結題摘要

量子計算在大數質因子分解等問題上相比經典計算具有指數加速，是學術界廣泛關注的前沿研究。然而，受限於退相干等物理現象，人類至今尚未實現通用量子計算機，無法實證量子計算的強大計算能力。2013年至2018年的最新研究表明，玻色採樣有望成為驗證量子計算超越經典計算能力的重要典範。在實現求解玻色採樣問題的量子計算實驗中，光子探測器是該計算系統的核心部件，高效率光子探測是其中最關鍵的技術之一。本項目首次提出了基於碳納米管和石墨烯研究低溫超導光子探測器碳基材料光學電學性能的理論優越性，分析了材料結構規整、吸光頻率可調、以及導熱率大等各種屬性，調研了當前主流基於超導納米線單光子探測器的產品性能，製備了具有特定屬性的碳基材料，間接支持了採用上述材料用於低溫超導光子探測器的可行性，更進一步地，搭建了光量子探測實驗平台，嘗試了將量子算法的某種特殊步驟映射到對光波導晶片實施探測的某類特殊操作上來，驗證了特有的玻色採樣模型及其對應量子漫步算法的可用性，肯定了本項目四年前曾經提出的前瞻研究思路，對後續量子計算的科學研究具有啟發作用。