量子模擬為科學(xué)家模擬及研究各種傳統(tǒng)電腦難以處理的復(fù)雜系統(tǒng)，包括金融建模、網(wǎng)絡(luò)安全、藥物研發(fā)、人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)等。

香港理工大學(xué)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)體微型處理器芯片，為模擬大型復(fù)雜分子譜提供了全新的解決方案。團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)基于量子迭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)表于《自然通訊》( Nature Communications)，題為 「基于壓縮真空態(tài)制備的大尺度光子網(wǎng)路用于分子振動(dòng)譜模擬」。這項(xiàng)尖端技術(shù)為解決復(fù)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。

▲研究結(jié)果已發(fā)表于《自然通訊》

探索分子振動(dòng)譜對(duì)于理解分子設(shè)計(jì)和分析中的分子特性至為關(guān)鍵，然而，這一直是傳統(tǒng)超級(jí)電腦難以有效解決的長(zhǎng)期運(yùn)算難題。

雖然研究人員正努力開(kāi)發(fā)模擬分子振動(dòng)譜的量子電腦和演算法，但受限于準(zhǔn)確性和計(jì)算資源等問(wèn)題，目前僅限于簡(jiǎn)單的分子結(jié)構(gòu)。

▲探索分子振動(dòng)譜是傳統(tǒng)超級(jí)電腦難以有效解決的長(zhǎng)期運(yùn)算難題。

理大研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出世界首創(chuàng)的16位量子比特半導(dǎo)體微型處理器芯片，為模擬大型復(fù)雜分子譜提供了全新的解決方案。

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)、杰出創(chuàng)科學(xué)人教授及新加坡工程院院士劉愛(ài)群教授領(lǐng)導(dǎo)及研究論文第一作者博士后研究員朱慧慧博士主導(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)。 

▲研究團(tuán)隊(duì)由劉愛(ài)群教授（左）和朱慧慧博士（右）領(lǐng)導(dǎo)

朱博士與團(tuán)隊(duì)透過(guò)實(shí)驗(yàn)展示了這款大規(guī)模量子微型處理器芯片的強(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位量子微處理芯片是在單個(gè)芯片上制造和集成。團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了一套完整系統(tǒng)，包括用于量子光子微型處理器芯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。 

▲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。（圖片來(lái)源：《自然通訊》）

量子微型處理器可用于處理復(fù)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)。

朱慧慧博士表示：「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?！?nbsp;

▲朱慧慧博士（右二）與研究團(tuán)隊(duì)成員

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)群教授表示：「我們的研究為解決實(shí)際的量子模擬技術(shù)開(kāi)辟了新途徑。下一步，我們將擴(kuò)大微型處理器的規(guī)模，以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的應(yīng)用，造福社會(huì)?！?/p>

▲劉教授表示，該項(xiàng)研究成果為解決實(shí)際的量子模擬技術(shù)開(kāi)辟了新途徑。

團(tuán)隊(duì)在量子技術(shù)方面取得了重大突破，成功解決了使用量子計(jì)算微型處理器進(jìn)行分子譜儀模擬的難題，是微型處理器及量子計(jì)算應(yīng)用發(fā)展的又一個(gè)重要里程碑！