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【科技新视野】

《光明日报》北京4月14日讯（记者李明宇）北京大学科研团队，由王剑威研究员及龚旗煌教授领衔，携手合作伙伴历经六载不懈努力，成功研发出全球领先的“博雅一号”光量子计算芯片。这项突破性成果，通过集成硅基光子学技术，不仅在晶圆级加工与量子调控领域取得了重大进展，还首次在芯片上实现了多光子高维度量子纠缠态的制备与控制。这一研究成果，以《超大规模集成的图量子光子学》为题，近期在线刊发于《自然·光子学》杂志。

研究团队阐述，图论作为数学与计算机科学的基石之一，对于解析复杂关系具有非凡效用。它亦成为量子态、量子器件与量子系统研究的强大数学工具，例如图纠缠态是通用量子计算的关键资源，量子行走能模拟图网络结构，而图则有助于探索量子关联与构建量子网络。此光量子计算芯片，融合数学图论的理论框架，旨在芯片层面实现光量子计算功能，开辟新型量子计算技术领域。

自2016年起，北京大学科研小组与合作者紧密合作，依托互补金属氧化物半导体工艺，创新性地开发出大规模集成硅基光量子芯片的制备技术与量子调控方法。他们成功打造了一款集成了约2500个组件的超大型光量子芯片，实现了基于图论的光量子计算与信息处理功能。这款芯片能够与复数图完全对应，其边代表关联光子对源，顶点则表示光子从源到探测器的路径，芯片的输出结果对应图的完美匹配。通过编程，该光量子芯片能够任意重构八顶点无向复图，并执行与其相对应的量子信息处理与量子计算任务。

量子纠缠作为量子基础物理与前沿应用研究的核心资源，长期以来面临着在芯片层面制备多光子与高维度量子纠缠态的难题。研究团队借助此光量子芯片，首次成功制备、操控、测量并验证了四光子三维GHZ真纠缠状态。在图论的统一体系下，单一芯片的编程实现了多种重要量子纠缠态的生成。多光子高维纠缠为高维通用量子计算提供了关键资源态，预示着基于图论的可编程玻色取样专用型量子计算芯片在化学分子模拟、图优化求解、量子辅助机器学习等领域将展现出显著效能。