重大突破！北京大学研究员研制出国际上最大规模集成光量子芯片

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如果我们真的无法通过硅芯片技术超越欧美，那么是否可以借助光芯片实现“弯道超车”呢？

近日，有报道称，我国的光芯片技术有重大突破！北京大学王剑威研究员、龚旗煌教授课题组与合作者经过6年联合攻关，研制了基于超大规模集成硅基光子学的图论“光量子计算芯片”——“博雅一号”，发展出了超大规模集成硅基光量子芯片的晶圆级加工和量子调控技术，首次实现了片上多光子高维度量子纠缠态的制备与调控。半导体芯情了解到，该芯片单片集成了约2500个元器件，包括32个四波混频参量量子光源，以及200通道可编程移相器等器件，为目前国际上最大规模集成的光量子芯片。

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根据该芯片的研究团队介绍，图论是数学和计算机科学的一个重要分支，可以用来描述被研究对象间的复杂关系。图论也为描述与刻画量子态、量子器件和量子系统等提供了强有力的数学工具，如图纠缠态是通用量子计算的重要资源态，量子行走可以模拟图网络结构，图可以描述量子关联、研究量子网络等。图论“光量子计算芯片”是一种以数学图论为理论架构，描述、映射并在芯片上实现光量子计算功能的新型量子计算技术。

据半导体芯情获悉，北京大学课题组与合作者经过六年联合攻关，发展出了基于互补金属氧化物半导体工艺的晶圆级大规模集成硅基光量子芯片制备技术和量子调控方法，实现了基于图论的光量子计算和信息处理功能。这一光量子芯片可与复数图完全一一对应，图的边对应关联光子对源，顶点对应光子源到探测器的路径，芯片输出多重光子计数对应于图的完美匹配，通过编程该光量子芯片可任意重构八顶点无向复图，这是光芯片技术的一个非常重大的突破，若产业化，将有利于该芯片技术的普及和商用。

一、什么是光量子芯片？

所谓集成光量子芯片，它是通过利用半导体制造技术加工出微纳尺度、大规模集成的高性能量子器件，实现芯片上光量子态的高效制备、操控和探测等功能。

据悉，集成光量子芯片具有高稳定、强可控和易扩展的特点，为量子计算技术从实验室走向实际应用提供关键使能技术。

半导体芯情了解到，在实际性能方面，光子芯片的性能比硅基芯片优势非常明显。在理想状态下，光子芯片的计算速度比硅基芯片可提升1000倍，同时功耗仅有硅基芯片的九万分之一。

有专业人士称，目前光量子芯片的大规模产业化时机仍不成熟，但是，只要光基量子芯片实现小型化，轻薄化，毫秒处理带宽跨越10Gb有效数据流量，硅基CPU技术就彻底被淘汰。如果能实现大规模产业化，中国在这方面的优势将领先世界。

二、我国在光量子芯片研究领域积累了丰富经验

目前，我国在光量子芯片技术方面已经走在世界前列。此前，上海交通大学物理与天文学院金贤敏团队通过“飞秒激光直写”技术制备出节点数达49×49的芯片，是世界最大规模的三维集成光量子芯片，当时也是国内首个光量子计算芯片。

此外，还有中科大郭光灿团队在光量子芯片技术上取得了三个全球首次技术突破。

一是基于硅基光子集成芯片实现了四光子源的制备；二是实现频率兼并四光子纠缠源制备；三是实现波导模式编码的量子逻辑门操作和超紧凑量子逻辑门操作。虽然我们可能并没有完全懂，但是这个技术难度肯定很大，我们已经在这方面领先全球了。

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任何一项技术的进步，离不开先辈们的努力。光量子芯片技术是未来趋势，但是目前我们也只是取得了很小的一点突破，可能随时被欧美赶超，切忌骄傲自满，要继续努力。成功研究出“光量子计算芯片”——“博雅一号的确是一个很好的突破点，半导体芯情希望未来有更加先进的技术和产品问世，加油！

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