Группа исследователей из Шанхайского университета Цзяо Тонг анонсировала первое в мире программное обеспечение для аналоговых фотонных квантовых вычислений и моделирования. «Фотонно-аналоговое квантовое моделирование Фейнмана» (FeynmanPAQS) названо в честь известного квантового физика Ричарда П. Фейнмана.
FeynmanPAQS разработан для поддержки широкого спектра приложений фотонных аналоговых квантовых вычислений, таких как одно- и многофотонные квантовые блуждания (QW) и дискретизация бозонов. Он также может реализовать эти теоретические эксперименты на реальной квантовой физической системе, такой как фотонные чипы. Исследовательскую группу возглавлял профессор Сяньминь Цзинь, который работал над передовыми методами квантовой интеграции с 2010 года. Доктор Джин сказал Synced, что «как только мы научимся хорошо управлять системой квантовой физики, мы сможем исследовать новую физику и создавать гораздо более мощные вычислительные возможности по сравнению с современными классическими компьютерами для решения конкретных задач ».
Программное обеспечение содержит четыре основных модуля: двумерные квантовые блуждания (QW), квантовые стохастические блуждания по фотонному чипу (QSW), квантовые блуждания множества частиц (MultiParticle) и выборка бозонов.
Модуль для двумерных квантовых блужданий с произвольным гамильтоновым дизайном (QW)
Квантовые блуждания - это квантовый эквивалент классического процесса случайных блужданий, но с суперпозициями. Процесс показывает превосходную производительность по сравнению с его классическими вычислительными аналогами в приложениях квантового поиска и квантового моделирования. Чтобы применить квантовые блуждания к широкому кругу приложений, исследователям необходимо двумерное эволюционное пространство большого масштаба и гибкая конструкция гамильтониана для квантовых блужданий.
В мае этого года та же исследовательская группа SJTU разработала самый крупный в мире трехмерный фотонный квантовый чип, который может продемонстрировать двумерный квантовый ход. На этот раз они обратились к гамильтоновому дизайну, стержню квантового моделирования. Как поясняется в статье, «квантовое моделирование заключается в использовании гамильтониана квантовой системы для моделирования гамильтониана целевой системы».
Исследователи использовали модуль QW для реализации квантового блуждания в непрерывном времени одного фотонного кванта. Модуль для теоретического расчета квантовых блужданий в фотонной системе в основном включает следующие четыре шага: создание гамильтониана, эволюция (экспоненциальный гамильтониан), получение распределения вероятностей и применение гауссовского факула.
Квантовые стохастические блуждания по фотонному чипу (QSW)
Квантовые стохастические блуждания оказались полезными для квантового моделирования в реальной среде. Модуль QSW, который ссылается на аналогичный графический интерфейс пользователя (GUI) модуля QW, требует, чтобы пользователи определяли, как ∆β изменяется вдоль волновода (заполняя «интервал z»), указывая, к какому из волноводов нужно добавить ∆ изменение β (выбрав «Стохастический или нет») и введите количество случайных настроек, необходимых для получения среднего результата (путем заполнения «Среднее за X раз») и т. д. В этом модуле также доступна функция экспорта файла данных.
Многочастичные квантовые прогулки (MultiParticle)
В модуле MultiParticle система позволяет пользователю вводить две или более неотличимых частиц вместо одной частицы в модули QW и QSW. Этот модуль ориентирован на квантовую интерференцию и моделирование и расчеты квантовой корреляции. Модуль аналогичен функции настройки в модулях QW и QSW, но результаты можно экспортировать как в графическом виде, так и в виде данных.
Отбор проб бозона
Схема дискретизации бозона - это упрощенная модель квантовых вычислений, для которой требуется только пассивный линейный оптический интерферометр, источник одиночных фотонов и фотодетектор. Этот модуль потребует от пользователей ввода набора данных матрицы для установки случайных параметров для инжектированных фотонов. В этом модуле доступны как тип Рекка, так и декомпозиция типов Клементса.
FeynmanPAQS также включает в себя устанавливаемый пакет MATLAB и простой графический интерфейс пользователя (GUI), который позволяет работать даже пользователям с небольшими навыками или опытом программирования или без них. Он совместим с различными интегрированными фотонными квантовыми схемами, включая кремний-на-изоляторе, кремний-на-кремнии, запись УФ-излучения и запись фемтосекундного лазера.
Программное обеспечение FeynmanPAQS 1.0 запущено в устанавливаемом пакете MATLAB с удобным графическим интерфейсом пользователя. Он также будет доступен на облачных серверах.
Статья FeynmanPAQS: программа с графическим интерфейсом для фотонных аналоговых квантовых вычислений находится на arXiv.
Автор: Роберт Тиан, Тони Пэн | Редактор: Майкл Саразен
Подпишитесь на нас в Twitter @Synced_Global, чтобы получать ежедневные новости об ИИ.
Мы знаем, что вы не хотите пропустить ни одной истории. Подпишитесь на наш популярный Synced Global AI Weekly , чтобы получать еженедельные обновления AI.
