科學家們朝著開發足以在量子水平上模擬複雜自然現象的先進計算機邁出了重要一步。雖然這些類型的模擬對於經典計算機來說過於繁瑣或完全不可能處理，但基於光子學的量子計算系統可以提供一個解決方案。

羅切斯特大學的研究人員開發的一個新系統使他們能夠在一個模擬物理世界的合成空間中進行量子模擬，通過控制量子糾纏光子的頻率，或顏色，隨著時間的推移。資料來源：羅切斯特大學圖片/Michael Osadciw

來自羅切斯特大學哈吉姆工程與應用科學學院的一個研究小組開發了一個新的芯片級光量子模擬系統，可以幫助使這種系統變得可行。由電子和計算機工程及光學教授林強領導的這個團隊於6月22日在《自然-光子學》雜誌上發表了他們的研究結果。

林強的團隊在一個模擬物理世界的合成空間中進行了模擬，通過控制量子糾纏光子的頻率或顏色，隨著時間的流逝。這種方法不同於傳統的基於光子的計算方法，在這種方法中，光子的路徑被控制，也大大減少了物理足跡和資源需求。

“我們第一次能夠生產出量子相關的合成晶體，”林說。”新方法大大擴展了合成空間的尺寸，使我們能夠對幾個量子尺度的現象進行模擬，如量子糾纏光子的隨機行走。”

研究人員介紹說，這個系統可以作為未來更複雜的模擬的基礎。

“雖然被模擬的系統已被充分理解，但這個原則性證明實驗顯示了這種新方法的力量，可以擴展到更複雜的模擬和計算任務，這是我們在未來非常興奮的研究內容，”該研究的主要作者Usman Javid’23博士（光學）說。

林強小組的其他共同作者包括雷蒙德-洛佩斯-里奧斯、凌敬偉、奧斯汀-格拉夫和傑里米-斯塔法。

該項目得到了美國國家科學基金會、國防威脅減少局的化學和生物防禦聯合科技辦公室以及國防高級研究計劃局的資助。