科学家利用量子微处理器芯片实现革命性分子光谱模拟
量子模拟使科学家能够模拟和研究在各领域中使用传统计算机难以甚至无法处理的复杂系统，这些领域包括金融建模、网络安全、药物发现、人工智能和机器学习。例如，探索分子振动光谱对于理解分子设计和分析中的分子性质至关重要。然而，这是一个长期存在的计算难题，无法使用传统超级计算机有效解决。研究人员正致力于用量子计算机和算法来模拟分子振动光谱，但目前仅限于简单的分子结构，且存在精度低和固有噪声的问题。
香港理工大学（PolyU）的工程研究人员成功开发出一种量子微处理器芯片，用于模拟实际大结构和复杂分子的光谱，这是一项世界首创的成就。要准确捕捉这些量子效应，需要精心开发的模拟来考虑量子叠加和纠缠，这在经典计算上是非常密集的。这项研究发表在《自然通讯》上，论文题为“用于分子振动光谱的具有压缩真空态的大规模光子网络”。这项尖端技术为解决复杂的量子化学问题铺平了道路，包括超越经典计算机能力的量子计算应用。
研究团队由量子工程与科学讲座教授、量子技术研究所所长刘爱群教授领导，他是全球STEM学者和新加坡工程院院士，项目主要推动者是电机及电子工程系博士后研究员、论文第一作者朱慧慧博士。其他合作者来自南洋理工大学、香港城市大学、北京理工大学、南方科技大学、微电子研究院和瑞典查尔姆斯理工大学。
朱博士的团队实验性地展示了一个大规模量子微处理器芯片，并引入了一个采用线性光子网络和压缩真空量子光源来模拟分子振动光谱的非平凡理论模型。这款16量子比特的量子微处理器芯片被制造并集成在一个单一的芯片上。一个完整的系统已被开发出来，包括量子光子微处理器芯片的光电热封装硬件集成和电控模块，以及设备驱动程序的软件开发、用户界面和完全可编程的底层量子算法。所开发的量子计算机系统为后续应用提供了一个基础构建模块。
该量子微处理器可应用于解决复杂任务，例如模拟大型蛋白质结构或以显著提高的速度和精度优化分子反应。朱博士说：“我们的方法可以产生一类早期的实用分子模拟，这些模拟超越了经典极限，并有望在相关的量子化学应用中实现量子加速。”
量子技术在包括材料科学、化学和凝聚态物理在内的科学领域至关重要。作为一个有吸引力的硬件平台，量子微处理器芯片为量子信息处理提供了一种有前景的技术替代方案。
该研究成果以及由此产生的集成量子微处理器芯片为众多实际应用开辟了重要的新途径。这些应用包括解决分子对接问题和利用量子机器学习技术（如图分类）。刘教授说：“我们的研究受到量子模拟技术潜在现实世界影响的启发。在我们工作的下一阶段，我们的目标是扩大微处理器的规模，并应对更复杂的、能使社会和行业受益的应用。”
该团队在量子技术领域引入了一项突破性的发展，可被视为“游戏规则改变者”。他们成功地使用量子计算微处理器解决了极具挑战性的分子光谱模拟任务。他们的研究标志着量子技术及其潜在量子计算应用的重大进展。FINISHED
