5月11日，子刊以“Two-WalkonaChip”為題發表了重慶交通學院數學與天文大學金賢敏研究團隊最新研究成果，報導了世界最大規模的三維集成光量子芯片，并演示了首個真正空間二維的隨機行走量子估算。同時這也是國外首個光量子估算芯片。這項研究進展對于推動模擬量子計算機研究具有重要意義。
（圖示芯片中的二十組光子陣列里，每組都包含了2401根波導）
近些年來，關于通用量子計算機的新聞屢見于報端，IBM、谷歌、英特爾等公司爭相宣告實現了更高的量子比特數紀錄。并且業界共識是雖然作出幾十甚至更多量子比特數，假如沒有做到全互連、精度不夠而且難以進行糾錯，通用量子估算一直未能實現。與之相比量子計算和量子通訊，模擬量子估算可以直接建立量子系統，不須要像通用量子估算那樣依賴復雜量子糾錯。一旦才能制備和控制的量子化學系統達到全新尺度，將可直接用于探求新數學和在特定問題上推動遠超精典計算機的絕對估算能力。
作為模擬量子估算的一個強悍算法內核，二維空間中的量子行走，才能將特定估算任務對應到量子演變空間中的互相耦合系數矩陣中。當量子演變體系還能制備得足夠大而且能靈活設計結構時，可以拿來實現許多算法和估算任務，凸顯出遠優于精典計算機的表現。金賢敏團隊通過皮秒激光直寫技術制備了節點數多達49×49的三維光量子估算芯片，正是這些目前世界最大規模的光量子估算芯片促使真正空間二維自由演變的量子行走得以在實驗中首次實現，并將推動未來更多以量子行走為內核的量子算法的實現。
（單光子的二維量子行走演變結果，從左至右：量子行走演變時間逐步減小）
研究組通過發展高色溫單光子源和高時空區分的單光子成像技術，直接觀察了光量子的二維行走模式輸出結果。實驗驗證量子行走不論在一維還是二維演變空間中，都具有區別于精典隨機行走的彈道式傳輸特點（）。這些加速傳輸正是支持量子行走才能在許多算法中趕超精典計算機的基礎。理論曾強調瞬態網路特點（）只在小于一維的量子行走中才實現，而往年準二維量子行走實驗因為受限的量子演變空間，難以觀測網路傳播特點。該研究首次在實驗中成功觀測到了瞬態網路特點，進一步驗證了所實現的量子行走的二維特點。
過去20年里，降低絕對估算能力的方法一般是制備更多光子數的量子糾纏。中國仍然在這方面保持優勢，成功將光子數從4個提升到了10個，但同時也發覺降低光子數異常艱辛。金賢敏團隊另辟蹊徑，通過降低量子演進系統的數學維度和復雜度來提高量子態空間尺度，開發了愈加可行的全新量子資源，對于未來模擬量子計算機的研制具有重要意義。
量子信息技術早已經歷了廣泛的原理性驗證，是否能真正走出實驗室，邁向實用化和產業化，取決于我們是否還能建立和操控足夠大規模的量子系統。宏觀光學系統中的耗損、穩定性和操控精度等看似技術性問題已弄成走向規模化的困局性困局。發展的光量子集成芯片技術是攻破可擴充性困局有前景的途徑，有望有力促進量子信息技術的實質性進展。
金賢敏2010年起在牛津學院Ian研究組工作（國際上最早舉辦光量子信息集成化研究也是最頂級的小組之一），學習把握了光量子集成先進技術并合作完成了片上玻色取樣量子估算、片上量子隱型傳態和片上三光子干涉等一系列研究工作。2014年全職歸國成立了“光子集成與量子信息實驗室”并成為國外最早舉辦皮秒激光直寫光量子芯片研究的單位之一。經過數年的辛酸努力，總算在光量子芯片的多層技術和集成上實現了趕超，成為少有的同時具有光量子芯片制備技術和量子信息研究背景的團隊。
（第一作者唐豪博士手持的光量子芯片中有數萬個光子線路，因周期性排列彰顯出光柵效應而顯得可見）
必須強調的是，光量子芯片的研制一直處于初期階段，一直須要在耗損、精度和可調控能力等各項指標上，在材料、工藝和混和芯片架構上，以及在與量子估算、量子通訊和量子精密檢測系統融合上舉辦大量研究，扎實推動，建立尺度和復雜度上都達到全新水平的光量子系統，實質性地推動新數學的探求和量子信息技術的實用化。
研究團隊謝謝重慶市教委重大項目和國家自然科學基金重點項目的支持，謝謝國家重點研制計劃、上海市科委量子計算和量子通訊，國防科技學院高性能估算國家重點實驗室和天津財大致遠大學、物理與天文大學的大力支持。
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