自動(dòng)機(jī)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中最為重要的一種基礎(chǔ)計(jì)算模型，在計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)中有著極為廣泛的應(yīng)用。與量子計(jì)算機(jī)是由經(jīng)典計(jì)算機(jī)模型引入量子力學(xué)原理設(shè)計(jì)而來(lái)類(lèi)似，量子自動(dòng)機(jī)是一種在經(jīng)典自動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上引入量子效應(yīng)設(shè)計(jì)的計(jì)算模型。有理論研究指出，在解決一些特定問(wèn)題上，量子自動(dòng)機(jī)相比于經(jīng)典自動(dòng)機(jī)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。但是到目前為止，對(duì)量子自動(dòng)機(jī)的研究還缺少實(shí)驗(yàn)上的驗(yàn)證。
近日，我校物理學(xué)院周曉祺教授研究組在量子自動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究上取得了重要進(jìn)展。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了基于線(xiàn)性光學(xué)系統(tǒng)的量子有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的研究。該量子自動(dòng)機(jī)使用3個(gè)空間狀態(tài)，即可解決判定輸入整數(shù)是否為某一質(zhì)數(shù)P的整數(shù)倍的問(wèn)題，而使用經(jīng)典的自動(dòng)機(jī)解決同樣問(wèn)題至少需要P個(gè)空間狀態(tài)。該工作首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子自動(dòng)機(jī)的運(yùn)行并驗(yàn)證了其相比于經(jīng)典自動(dòng)機(jī)的空間資源高效性，在該領(lǐng)域具有開(kāi)創(chuàng)性的作用。
經(jīng)典有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)與量子有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)
上述工作以“Experimental demonstration of quantum finite automaton”為題于2019年6月發(fā)表在npj Quantum Information（影響因子：9.206）雜志上。論文第一作者為我校物理學(xué)院16級(jí)研究生田宇玲和馮田峰，通訊作者為周曉祺教授和鵬城實(shí)驗(yàn)室鄭盛根副教授。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省自然科學(xué)基金及中山大學(xué)光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。
