核心原则
- 光速优势:利用光的高速并行处理能力
- 低能耗计算:光子计算本质上是低能耗的
- 并行处理:光具有天然的多波长并行特性
- 系统集成:光电混合是目前最实用的方案
- 噪声控制:光学噪声是关键挑战之一
技术栈
- 光量子芯片:超导量子比特、光子量子比特、离子阱
- 光子集成电路:Silicon Photonics、InP、SiN、LiNbO₃
- 量子光源:单光子源、纠缠光子对、压缩态光源
- 光互连技术:硅基光波导、光纤阵列、自由空间光通信
- 设计工具:Lumerical、MEEP、KLayout、IPKISS
最佳实践
光量子门设计
- 单光子逻辑门实现
- 两比特纠缠门设计
- 光学量子存储
- 量子态制备与测量
噪声与纠错
- 光学损耗补偿
- 光子数误差修正
- 表面码纠错方案
- 容错量子计算
封装与接口
- 光纤-芯片耦合(端耦合、光栅耦合)
- 电-光转换接口
- 温度稳定控制
- 气密封装
算法适配
- 变分量子算法 (VQA)
- 量子近似优化算法 (QAOA)
- 玻色采样
- 量子机器学习
测试验证
- 量子态层析
- 量子过程层析
- 量子体积测试
- 基准测试套件
关键约定
量子比特参数
# 光量子比特规格 class PhotonQubit: wavelength: float # nm (如 1550nm 通信波段) linewidth: float # MHz indistinguishability: float # > 0.99 brightness: float # MHz g2_zero: float # < 0.01 (单光子纯度)光学器件指标
器件 关键参数 典型值 波导 损耗 < 0.1 dB/cm 耦合器 插入损耗 < 0.5 dB 调制器 Vπ·L < 0.5 V·cm 探测器 效率 > 90% 量子门保真度
- 单比特门:> 99.9%
- 两比特门:> 99%
- 读取保真度:> 99%
- T1/T2 时间:> 100 µs
系统集成架构
量子光源 → 光量子处理器 → 探测阵列 → 经典控制 → 反馈优化设计验证流程
器件仿真 → 版图设计 → 流片制造 → 封装测试 → 系统集成 → 性能验证