北理工：在光芯片和电磁超材料研究方面取得重要进展

【成果简介】

在国家重点研发计划和国家自然科学基金委的资助和支持下，Advanced Materials在线发表了北京理工大学张向东教授课题组（博士生张蔚暄和导师张向东教授）与同济大学李宏强教授课题组合作关于Metamaterials波基芯片完成量子搜索算法的研究成果“Implementing Quantum Search Algorithm with Metamaterials”。 　　 　　 　

【图文导读】

图1 性能表征

（a）理论设计可执行量子搜索算法的微波超材料芯片。

（b）和（c）3D打印制作的可执行量子搜索算法的超材料芯片。

图2微波在超材料中执行量子搜索算法的数值模拟结果

【研究内容】

超材料（Metamaterials)是一种人工制备出的微纳结构材料, 能呈现天然材料所不具备的电磁物理性质, 如负折射现象，强的磁响应以及隐身等等。基于这些人造的微小结构材料，一些性能卓越的电磁仪器已被设计和制造出来。最近美国科学家N.Engheta教授研究小组利用超材料实现了积分，微分和卷积等数学操作，与传统的光计算方案相比，超材料具有体积小利于集成等众多优势，使得全光计算芯片的实现成为可能。但是可以执行量子算法的超材料器件还从来都没有被设计出来。 量子搜索算法是一种典型的量子算法, 它拥有 (N代表等效搜索数据的数目)的搜索效率，比经典搜索算法的搜索效率(~N)要高。最近他们理论设计了微波Metamaterial芯片, 如图1a所示，并数值证明了其可在经典微波环境下完成量子搜索算法，如图2所示。进而他们利用3D打印技术制备出了这样的芯片, 如图1b和1c所示，并在微波实验平台下，证明了其搜索效率为 ，与量子算法的搜索效率等效。其所设计的具有量子搜索功能的超材料器件，为人们提供了具有量子效率的光操纵新方法，对于未来基于电磁场的大数据处理有一定参考价值。

原文链接：http://www.bit.edu.cn/xww/xsjl1/147539.htm

文献链接：Implementing Quantum Search Algorithm with Metamaterials(Advanced Materials, 2017, DOI:10.1002/adma.201703986)

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