北理工在光芯片和電磁超材料研究方面取得重要進展
發(fā)布日期：2017-11-20 供稿：物理學院
編輯：周格羽 審核：姚裕貴 閱讀次數(shù)：在國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金委的資助和支持下，《先進材料》（Advanced Materials）在線發(fā)表了北京理工大學張向東教授課題組（博士生張蔚暄和導師張向東教授）與同濟大學李宏強教授課題組合作關于Metamaterials波基芯片完成量子搜索算法的研究成果【Adv. Mater. 29, 1703986 (2017)】。
超材料（Metamaterials)是一種人工制備出的微納結(jié)構(gòu)材料, 能呈現(xiàn)天然材料所不具備的電磁物理性質(zhì), 如負折射現(xiàn)象，強的磁響應以及隱身等等。基于這些人造的微小結(jié)構(gòu)材料，一些性能卓越的電磁儀器已被設計和制造出來。最近美國科學家N.Engheta教授研究小組利用超材料實現(xiàn)了積分，微分和卷積等數(shù)學操作，與傳統(tǒng)的光計算方案相比，超材料具有體積小利于集成等眾多優(yōu)勢，使得全光計算芯片的實現(xiàn)成為可能。但是可以執(zhí)行量子算法的超材料器件還從來都沒有被設計出來。
量子搜索算法是一種典型的量子算法, 它擁有
(N代表等效搜索數(shù)據(jù)的數(shù)目)的搜索效率，比經(jīng)典搜索算法的搜索效率(~N)要高。最近我們理論設計了微波Metamaterial芯片, 如圖1a所示，并數(shù)值證明了其可在經(jīng)典微波環(huán)境下完成量子搜索算法，如圖2所示。進而我們利用3D打印技術制備出了這樣的芯片, 如圖1b和1c所示，并在微波實驗平臺下，證明了其搜索效率為 ，與量子算法的搜索效率等效，如圖3所示。我們所設計的具有量子搜索功能的超材料器件，為人們提供了具有量子效率的光操縱新方法，對于未來基于電磁場的大數(shù)據(jù)處理有一定參考價值。
圖1 (a)理論設計可執(zhí)行量子搜索算法的微波超材料芯片。(b)和(c)3D打印制作的可執(zhí)行量子搜索算法的超材料芯片。
圖2 微波在超材料中執(zhí)行量子搜索算法的數(shù)值模擬結(jié)果。
圖3 (a)微波實驗平臺。(b)反射鏡。(c)-(g)超材料完成量子搜索算法的實驗結(jié)果。
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