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图灵量子首款专用光量子计算模拟软件FeynmanPAQS试商用

光子盒 2022-07-04
来源：图灵量子

12月31日，图灵量子宣布其自主研发的国内首款商用光量子计算模拟软件FeynmanPAQS(Photonic Analog Quantum Simulation)试商用，弥补了国内这一领域技术和产品的空白。

FeynmanPAQS同时是专用光量子计算模拟软件和三维光子芯片设计的EDA软件，是着眼于未来实际芯片开发且方便易用的云计算模拟平台。软件开头以Feynman命名，是为了致敬量子计算概念的先驱、著名物理学家理查德·费曼(Richard P. Feynman)。

 
任意哈密顿量构建

光在芯片中的函数演化规律服从薛定谔方程，其中z是沿着芯片传播方向的距离， 是包含波导结构信息的哈密顿量矩阵，n为波导的总数量， 分别为光子在第i个波导上的产生湮灭算符。

哈密顿矩阵的对角线元素是βi（即沿自身波导i的传输系数），非对角线元素是Cij（即波导i与j之间的耦合系数），与波导间距呈指数衰减关系，因此当空间波导分布确定时，所有的Cij就可相应地确定。用户可以通过设计和控制单个波导的属性以及波导间的几何关系，来构建任意哈密顿量，从而实现特定问题的专用量子计算。


光量子计算模拟

因光学实验的精密性，宏观光学实验通常需要大量的仪器调试，繁琐的光学组件搭建、稳定的光学平台、对实验无影响的实验室环境。光学芯片的出现，让很多的参数趋向于稳定，并且能够集成大量的光学器件。在化繁为简的过程中也同时带来了新的问题，加工手段的选择，加工参数的摸索等。一个微小的失误就可能导致整体实验失败。光学实验配套软件的诞生就是一个很自然的过程。
 
软件的作用、特别是模拟软件的作用就是在使用一个较低的实验成本进行先行实验，并且更好的匹配真实的情况。因为光学实验的精确性，一个良好设计并且加工的器件是和理论计算值吻合地非常好的。所以模拟计算软件的存在可以指导实验，先行先试。

作为量子计算模拟器，软件能够模拟并计算多种情况的光学演化过程。目前软件包括五大主要模块：

1.单光子量子行走（Quantum Walks）；
2.量子随机行走（Quantum Stochastic Walks）；
3.多粒子量子行走（Multi-Particle Quantum Walks）；
4.自由设计的二维量子行走（Customized Quantum Walks）；
5.玻色采样（Boson Sampling）。



值得一提的是，FeynmanPAQS中的算法核心参数都是经过大量实验验证得来的，计算模拟的结果不仅是可靠的理论依据，还更加贴近于实际情况。模拟的结果可以用来和实际的芯片加工参数对应，再配合光量子计算机的光源及测控系统。这样一来，用户便可实现从芯片结构设计、模拟测试到实际测试的软硬一体的全流程光学实验。
 
三维光子芯片设计EDA平台

FeynmanPAQS作为光芯片设计平台可用于辅助三维光子芯片的EDA设计，可以很好地解决芯片设计、建模、模拟、验证等一系列工作，提高芯片设计方案整体验证效率，减少三维光子芯片开发在加工误差和理论设计偏差之间的反复试验，减少人工投入、缩短芯片验证周期。

软件内含有芯片内部三维波导结构设计、用户可以按需设计自己想要的空间结构，软件同时也预设了常见几何结构提供方便快捷的操作。

除了量子行走和玻色采样等光量子计算任务，FeynmanPAQS在任意结构方面的计算模拟能力，更是提供了在诸如拓扑光子学、对称性、黑洞与天体模拟，以及光互连等领域的研发能力，并会不断丰富，更新迭代。

云计算模拟平台

FeynmanPAQS不仅可以集成在光量子计算机中使用，现在也可以在任意地方通过云端登录使用。只需要通过浏览器登录入口feynmanpaqs.turingq.com，便可以拥有自己专属的光量子芯片在线实验室，省去了本地软件安装等繁琐步骤，同时也不需要担心软件更新。


融合了云计算的方式和易于使用图形化的用户界面，降低了使用门槛。其模块设计循序渐进，无论是刚刚接触量子计算的爱好者还是有丰富经验的研发人员，都能参与到光量子计算的探索中。
 
FeynmanPAQS专用光量子计算软件可以把广泛的科研学者、工程师和热心科普的群体一步带入光量子计算前沿领域，甚至可以借助平台开展科学研究和工程化开发。图灵量子为FeynmanPAQS开放了3个月的免费试用期，力图促进更多专用光量子计算算法的发现、基础科研领域交叉、量子计算的工程化应用对接等，推动领域发展。

—End—

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