工程研究人员通过创造一种能够模拟大而复杂分子分子光谱的量子微处理器芯片取得了显著进展。量子模拟使科学家能够分析和研究复杂系统，这些系统使用传统计算机可能困难甚至不可能探索。这项技术在多个领域有应用，包括金融建模、网络安全、药物发现、人工智能和机器学习。例如，理解分子振动光谱对于分析和设计分子至关重要。然而，这仍然是一个挑战性的计算任务，传统超级计算机无法有效解决。研究人员正在积极开发量子计算机和算法，以应对分子振动光谱模拟，但现有方法仅限于较简单分子，因准确性和噪声问题受到限制。
香港理工大学的研究人员首次开发出一种量子微处理器芯片，旨在模拟大而复杂分子的分子光谱，标志着世界范围内的一项首次。准确捕捉量子效应需要仔细构建的模拟，这些模拟必须结合量子叠加和纠缠，而使用经典方法很难建模。这项研究的详细信息刊登在《自然通讯》期刊上，论文标题为“用于分子振动光谱的大规模光子网络与压缩真空态”。这一创新技术为解决具有挑战性的量子化学问题开辟了新路径，包括超出经典计算机能力的计算。
研究团队由量子工程与科学的讲座教授刘爱群领导，他同时也是量子技术研究所（IQT）的所长，以及电气与电子工程系的博士后研究员朱慧慧博士，后者是该研究的主要作者。合作者包括南洋理工大学、香港城市大学、北京理工大学、南方科技大学、微电子研究院和瑞典查尔默斯理工大学的研究人员。
朱博士的团队成功展示了一种综合性的量子微处理器芯片，并提出了利用线性光子网络和压缩真空量子光源模拟分子振动光谱的复杂理论模型。这种16量子位量子微处理器芯片已经制造并集成到一个单一设备中。该项目实现了一个完整的系统，包括量子光子微处理器芯片的光学、电气和热封装，以及一个电气控制模块。已开发出用于设备驱动程序、用户界面和完全可编程的量子算法的软件。这个新开发的量子计算系统为进一步应用提供了基础要素。
量子微处理器可以在解决复杂挑战方面发挥重要作用，如模拟大型蛋白质结构或以更快更精确的方式优化分子反应。朱博士指出：“我们的方法可能为超越经典方法的实际分子模拟铺平道路，并在相关的量子化学任务中实现量子效率的潜力。”
量子技术在材料科学、化学和凝聚态物理等科学学科中发挥着至关重要的作用。作为一个有前途的硬件平台，量子微处理器芯片为处理量子信息提供了一种有价值的替代方案。
研究成果和集成的量子微处理器芯片为众多实际应用开辟了令人激动的机会，如解决分子对接挑战和采用图形分类等量子机器学习方法。刘教授表示：“我们的工作受到量子模拟技术潜在现实影响的驱动。在我们下一个阶段，我们打算扩大微处理器的规模，探索更多复杂应用，从中受益于社会和行业。”
该团队在量子技术领域引入了一项突破性进展，可以被视为“游戏规则改变者”。他们成功解决了通过量子计算微处理器模拟分子光谱这一艰巨任务。他们的发现代表了量子技术及其在量子计算中可能应用的重大进展。
