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)、人工智能及機器學(xué)習(xí)等。

香港理工大學(xué)的研究團隊成功研發(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。團隊精心設(shè)計基于量子迭加與量子糾纏模擬方案，而傳統(tǒng)方式則需要耗費大量的運算時間。

此項研究成果已發(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)路用于分子振動譜模擬」。這項尖端技術(shù)為解決復(fù)雜的量子化學(xué)問題創(chuàng)造條件，亦為量子計算應(yīng)用帶來了新的突破。

▲研究結(jié)果已發(fā)表于《自然通訊》

探索分子振動譜對于理解分子設(shè)計和分析中的分子特性至為關(guān)鍵，然而，這一直是傳統(tǒng)超級電腦難以有效解決的長期運算難題。

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

▲探索分子振動譜是傳統(tǒng)超級電腦難以有效解決的長期運算難題。

理大研究團隊成功研發(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。

研究團隊由理大電機及電子工程學(xué)系量子工程與科學(xué)講座教授、量子技術(shù)研究院院長、杰出創(chuàng)科學(xué)人教授及新加坡工程院院士劉愛群教授領(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)及團隊的共同努力，合作機構(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)。 

▲研究團隊由劉愛群教授（左）和朱慧慧博士（右）領(lǐng)導(dǎo)

朱博士與團隊透過實驗展示了這款大規(guī)模量子微型處理器芯片的強大功能。

團隊利用線性光子網(wǎng)絡(luò)及壓縮真空量子光源來模擬分子振動譜。該16位量子微處理芯片是在單個芯片上制造和集成。團隊還研發(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)動軟件及用戶介面，以及可程式化的底層量子演算法。開發(fā)的量子電腦系統(tǒng)可應(yīng)用不同計算模型。 

▲團隊利用線性光子網(wǎng)絡(luò)及壓縮真空量子光源來模擬分子振動譜。（圖片來源：《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，實現(xiàn)早期的實用分子模擬，有望在相關(guān)的量子化學(xué)應(yīng)用中實現(xiàn)量子加速。」 

▲朱慧慧博士（右二）與研究團隊成員

該研究成果為無數(shù)實際應(yīng)用打開了新的大門，包括解決分子對接問題，以及使用圖形分類等量子機器學(xué)習(xí)技術(shù)。

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

▲劉教授表示，該項研究成果為解決實際的量子模擬技術(shù)開辟了新途徑。

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