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北理工在光芯片和电磁超材料研究方面取得重要进展
发布:blast_k   时间:2017/12/4 19:03:23   阅读:362 
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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,《先进材料》(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【Adv. Mater. 29, 1703986 (2017)】。
 
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。最近我们理论设计了微波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。进而我们利用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,如图3所示。我们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。
图1 (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。
图3 (a)微波实验平台。(b)反射镜。(c)-(g)超材料完成量子搜索算法的实验结果。
文章来源:北京理工大学物理学院
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