近日，香港理工大学的工程研究人员开发了一种新的量子微处理器芯片，用于模拟大型和复杂的分子结构。这种16量子比特的量子微处理器芯片能够对分子振动光谱进行高精度模拟，它克服了经典计算机的局限性并推动了量子化学应用的发展。这种尖端的量子微处理器可能会彻底改变材料科学和化学等领域，在模拟蛋白质结构和优化分子反应方面具有潜在应用。
香港理工大学的工程研究人员已成功开发出一种量子微处理器芯片，用于模拟现实中的大结构和复杂分子的分子光谱，这是世界上首次取得这样的成就。准确捕捉这些量子效应需要开发精确的计算模型，模型中这些涉及量子叠加和纠缠的部分都是计算密集型的经典模型。
该研究发表在《Nature Communications》期刊，题为“Large-scale photonic network with squeezed vacuum states for molecular vibronic spectroscopy（用于分子振动光谱的具有挤压真空状态的大规模光子网络）”的论文中。这项尖端技术使用了超出经典计算机能力的量子计算应用程序为解决复杂的量子化学问题铺平了道路。
研究团队由LIU Ai-Qun教授领导，他是量子工程与科学领域的主席教授，也是量子技术研究所（IQT）的所长，全球STEM学者，新加坡工程院院士。与他一起的主要项目推动者是ZHU Hui Hui博士，电子与电气工程系的博士后研究员，也是研究论文的第一作者。其他合作者来自南洋理工大学、香港城市大学、北京理工大学、南方科技大学、微电子研究所以及瑞典的查尔默斯理工大学。
Zhu博士的团队通过实验演示了一种大规模量子微处理器芯片，并引入了一种非常规的理论模型，该模型采用线性光子网络和压缩真空量子光源来模拟分子振动光谱。16量子比特量子微处理器芯片被制造并集成到单个芯片中。项目已经开发了一个完整的系统，包括用于量子光子微处理器芯片和电气控制模块的光-电-热封装的硬件集成、设备驱动程序的软件开发、用户界面和完全可编程的底层量子算法。量子计算机系统的发展为进一步的应用提供了基本的组成部分。
量子微处理器可用于解决复杂任务，例如模拟大型蛋白质结构或优化分子反应，并显著提高速度和准确性。Zhu博士说：“我们的方法可以产生一类早期的实用分子模型，这些模拟的运行方式超越了经典计算模型的限制，并有望在相关量子化学应用中实现量子加速。
量子技术在科学领域至关重要，包括材料科学、化学和凝聚态物理学。量子微处理器芯片作为一种极具吸引力的硬件平台，为量子信息处理提供了一种很有前途的技术解决方案。
研究结果和由此产生的集成量子微处理器芯片为众多实际应用开辟了重要的新途径。这些应用包括解决分子对接问题和利用量子机器学习技术。刘教授说：我们的研究受到量子模拟技术对现实世界的潜在影响的启发。在我们工作的下一阶段，我们的目标是扩大微处理器的规模，并处理更复杂的应用，从而进一步促进使社会生产和行业进步。
这个团队推动了量子技术的突破性发展，可以被认为是“游戏规则的改变者”他们利用量子计算微处理器成功地完成了分子光谱模拟这一极具挑战性的任务。他们的研究标志着量子技术及其潜在的量子计算应用的重大进步。
