CN116090569B - 基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构 - Google Patents

基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构 Download PDF

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CN116090569B CN202310356444.8A CN202310356444A CN116090569B CN 116090569 B CN116090569 B CN 116090569B CN 202310356444 A CN202310356444 A CN 202310356444A CN 116090569 B CN116090569 B CN 116090569B
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Abstract

本发明公开了一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，包括可配置纠缠多光子源模块和可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块，可配置纠缠多光子源模块包括N个纠缠光子源、马赫‑曾德尔干涉仪网络和N个波分复用器；可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块包括P个演化光学网络单元，演化光学网络单元可实现所需任意恒定度数和任意步数的离散时间量子漫步模拟；波分复用器根据输出光子波长对应的序列编号依次分别输入到P个演化光学网络单元的相应输入端口。本发明采用集成光波导技术提高了光学稳定性和精确度，并解决了现有技术中光子作为玻色子参与量子漫步模拟的粒子性质可调性较为单一的问题。

Description

基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构
技术领域
本发明涉及量子计算和集成光学领域，尤其是涉及一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构。
背景技术
量子漫步，是经典随机行走的量子化对应，表示为量子粒子在一定空间内游走的物理过程，这一过程的演化包含了量子力学的诸多方法如叠加态和量子振幅的干涉。基于这一性质，参与漫步的粒子可以同时在多个位置处于叠加态。从整个过程来看，经典随机行走中漫步粒子以一定的概率在空间中行走，而在量子漫步中则是粒子从起点开始同时从所有可能的路径游走到终点，具有多个可能的路径进行行走，由于量子漫步粒子所具有的波粒二象性，其最终状态携带多条路径之间的干涉信息。最后对量子漫步的测量，我们可以获得其概率分布的结果。和经典随机漫步在许多科学分支中都有应用一样，量子漫步也可以被应用于构建量子算法，此外也有利于研究和控制各种物理系统中的粒子动力学过程。
量子漫步的研究日益发展，目前主要以两种形式进行研究：连续时间量子漫步和离散时间量子漫步。连续时间量子漫步中，我们直接将漫步定义在正希尔伯特空间上，它对应的模型是连续时间马尔科夫链模型；离散时间量子漫步中，除定义漫步空间外，还需要额外定义一个希尔伯特空间上的硬币算子，根据抛掷硬币算子的结果来决定粒子漫步进行的方向。在对应希尔伯特空间中，由于硬币算子的变化具有多样性，所以测量的量子漫步的概率分布也呈现出多样性。离散时间量子漫步的一个典型形式是Hadamard漫步，最早是由Ambainis等人提出的。
量子漫步除了应用在量子算法中，也成为理解物理系统中各种现象的工具，并且可以用于证明量子多体系统中的相关控制过程。近年来，执行量子漫步各种操作的装置和技术不断发展，尤其是基于线性光学的量子漫步实现方法，使得人们在室温下就可以操控和测量量子漫步过程和结果。特别是基于半导体基光波导芯片的量子漫步，已受到研究人员的广泛关注。一方面，基于量子漫步的光波导芯片具有集成化、小型化和可拓展等优点，而且避免了自由空间中分立光学元件的不稳定和难操控等缺点；另一方面，与广泛使用的硅基芯片制备技术相似，光波导芯片的制备技术成熟，可以将光子源、分束器、量子态操控器件等集中在同一芯片上。在量子算法与量子计算器件实现这两个方面，基于光波导芯片的量子漫步模拟都表现出了其独特的优势。但是现有技术中的缺陷在于目前采用光子作为玻色子参与量子漫步模拟的粒子性质可调性较为单一。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于集成光学的离散时间量子漫步模拟芯片结构。该结构可以通过光量子纠缠作用，通过调控光子路径纠缠态可以实现参与演化的粒子性质的配置，进行多粒子离散时间量子漫步模拟。解决现有技术中光子作为玻色子参与量子漫步模拟的粒子性质可调性较为单一的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，用于实现多粒子在任意恒定度数和任意步数的图上离散时间量子漫步，所述芯片结构包括可配置纠缠多光子源模块和可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块，其中：
所述可配置纠缠多光子源模块利用纠缠态操控来模拟粒子特性可调的多粒子情况，所述可配置纠缠多光子源模块包括N个纠缠光子源、马赫-曾德尔干涉仪网络和N个波分复用器；
所述可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块包括多个演化光学网络单元，所述演化光学网络单元可实现所需任意恒定度数和任意步数的离散时间量子漫步模拟；
每个纠缠光子源产生P个波长不同的纠缠光子，波分复用器根据输出光子波长的不同分别路由到演化光学网络单元的对应入口处。
进一步，所述马赫-曾德尔干涉仪网络为
Figure SMS_1
级马赫-曾德尔干涉仪网络，其中马赫-曾德尔干涉仪以“二叉树”的形式进行排布，上一级马赫-曾德尔干涉仪的每一个输出端口连接下一级的一个马赫-曾德尔干涉仪的一个输入端口，最后一级马赫-曾德尔干涉仪的/>
Figure SMS_2
个输出端口分别连接一个相移器以及一个纠缠光子源；马赫-曾德尔干涉仪由一个相移器连接两个多模干涉仪组成，相移器通过外置经典控制信号来对各路光进行调节，实现路径编码。
进一步，每个演化光学网络单元，为多级结构单元根据度数和步数组合而成，包括硬币算符和位移操作，通过编程每个结构单元的硬币算符来调控粒子的漫步行为，光子在下一级出现的位置取决于硬币算符和位移操作，不同度数的图形对应不同的位移操作。
进一步，在模拟的量子漫步中，对于每个t步离散时间量子漫步的演化光学网络单元，N个波长相同的粒子从N个端口输入，根据P个纠缠光子波长的不同，端口序列分别记为：
Figure SMS_3
这里每个序号k代表每个演化光学网络的对应输入端口号，另外，vm,q表示vm的第q个元素，将第M个纠缠光子源SM产生的P个光子，根据波长对应的序列编号依次分别输入到P个演化光学网络单元的相应输入端口。
根据粒子漫步步数进行迭代，粒子具有不同的概率位置，初始点位置概率为1，对之后步数的每个概率位置都需要进行硬币算符的更新，根据硬币态进行迁移操作，到达下一节点，以此类推，最终得到t步后的漫步状态
Figure SMS_4
；其中/>
Figure SMS_5
表示粒子初始态，U=SC,C表示硬币算符，S表示位移操作。
进一步，通过投影测量获得漫步粒子在不同的位置出现的概率。
进一步，通过可配置纠缠光子源模块来模拟费米子或任意子的行为，使粒子分别进入P个结构完全相同的演化光学网络单元U(1), U(2),…,U(P)，通过对演化光学网络单元的多级结构单元的相移器进行配置来进行硬币态的更新，通过路径波导维度实现所需d度数的图上漫步，在经过t步离散时间量子漫步之后，在输出端进行多粒子投影测量，确定粒子最后的漫步状态，由此，所述芯片结构能够完成性质可调的粒子在任意恒定度数任意步数的离散时间量子漫步演化。
进一步，通过对纠缠多光子源模块内的相移器进行配置，可以调节粒子的不可区分度γ、交换对称性φ，以及在可配置离散时间量子漫步演化光学网络的入口处生成对应的多光子路径纠缠态。
不可区分度γ可影响漫步演化中多粒子量子干涉的强度， 0≤γ≤1，通过粒子纠缠的比例来调节。
进一步，光子玻色子从光栅耦合到芯片中，纠缠多光子源部分用于产生不同的多光子多路径纠缠态；通过调节多个演化光学网络部分的相移器，来调节光子的性质，调控多光子路径态可以实现参与演化的粒子性质的配置。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明使用集成光波导技术，在芯片上建立了一种离散时间量子漫步模拟结构，这一结构能够使光子玻色子模拟其他粒子的性质，如费米子或任意子，可以根据需要模拟多粒子的离散时间量子漫步。相较于分立的光学元件，集成光波导技术降低了粗糙性并提高了光学稳定性。芯片结构包括可配置纠缠光子源部分和可配置离散时间量子漫步演化光学网络部分，前一部分用于产生多个纠缠光子对；后一部分通过调控多光子路径态可以实现参与演化的粒子性质的配置，最后进行符合测量。该芯片结构不局限于模拟玻色子的量子漫步，也可以模拟费米子、任意子的量子漫步。
附图说明
图1是根据本发明实施例中基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片技术方案示意图；
图2是根据本发明实施例中度数d = 2 的示意图，其中(a)是度数d = 2所对应的图形，(b)是与之对应的离散时间量子漫步模拟芯片结构原理图以及(c)是与之对应的二维结构单元（不局限于这一形式结构）；每一列结构单元对应图上的某个位置编号，结构单元一侧的两条边代表度数为2；
图3是根据本发明实施例中度数d = 3的示意图，其中(a)是度数d = 3所对应的图形，(b)是与之对应的离散时间量子漫步模拟芯片结构原理图以及(c)是与之对应的三维结构单元（不局限于这一形式结构）。为方便描述，将图上顶点映射为以一维直线排布的方式呈现，每一列结构单元对应图上的某个位置编号，结构单元一侧的三条边代表度数为3；
图4是根据本发明实施例中度数d = 4的示意图，其中(a)是度数d = 4所对应的图形，(b)是与之对应的离散时间量子漫步模拟芯片结构原理图以及(c)是与之对应的四维结构单元（不局限于这一形式结构）。为方便描述，将图上顶点映射为以一维直线排布的方式呈现，每一列结构单元对应图上的某个位置编号，结构单元一侧的四条边代表度数为4；
图5是根据本发明实施例中可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构示意图；
图6是根据本发明实施例中两个量子粒子在7节点图上进行的离散时间量子漫步模拟芯片结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合图1-图6对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明实施例提供一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，如图1、图5所示，通过集成光学量子芯片途径，建立可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，包括可配置纠缠多光子源模块和可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块。通过片上路径纠缠多光子源产生不同的多光子多路径纠缠态；通过演化光学网络调控多光子路径纠缠态可以实现参与演化的粒子性质的配置，根据需求调节演化光学网络组合中的相移器可以使光子玻色子模拟任意子性质，最后进行符合测量，最终实现多粒子的离散时间量子漫步模拟。
根据本发明的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，包括可配置纠缠多光子源模块和可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块，其中：
所述可配置纠缠多光子源模块包括N个纠缠光子源、
Figure SMS_6
级马赫-曾德尔干涉仪网络、N个波分复用器，每个纠缠光子源产生P个纠缠光子，N个纠缠光子源分别记为
Figure SMS_7
，波分复用器根据输出光子波长的不同分别将其路由到不同的可配置离散时间量子漫步演化光学网络。
Figure SMS_8
级马赫-曾德尔干涉仪网络中的马赫-曾德尔干涉仪以“ 二叉树”的形式进行排布，即上一级马赫-曾德尔干涉仪的每一个输出端口连接下一级的一个马赫-曾德尔干涉仪的一个输入端口，最后一级马赫-曾德尔干涉仪的/>
Figure SMS_9
个输出端口分别连接一个相移器以及一个纠缠光子源，可配置纠缠多光子源模块的主要作用是利用纠缠态操控来模拟粒子特性可调的多粒子情况/>
Figure SMS_10
马赫-曾德尔干涉仪由一个相移器连接两个多模干涉仪组成，相移器通过外置经典控制信号来对各路光进行调节，实现路径编码。
所述可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块包括多个相同的演化光学网络单元U，所述单元可实现所需任意恒定度数d（d = 2,3,4,...）、任意步数t（t = 1,2,3,...）的离散时间量子漫步模拟，其中，演化光学网络单元可分别记为,U(1), U(2),…,U(P)。
每个纠缠光子源产生P个波长不同的光子，光子经过波分复用器之后分别路由到演化光学网络单元U(1), U(2),…,U(P)的对应入口处，在模拟的量子漫步中，对每个t步离散时间量子漫步的演化光学网络单元来说，N个波长相同的粒子从N个端口输入（对应图上不同的初始位置），根据纠缠光子波长的不同（P个），端口序列分别记为
Figure SMS_11
这里每个序号k代表每个演化光学网络（共P个）的对应输入端口号，另外，vm,q表示vm的第q个元素，将第M个纠缠光子源/>
Figure SMS_12
产生的P个光子，根据波长对应的序列编号依次分别输入到P个演化光学网络单元的相应输入端口。
每个演化光学网络单元，为多级结构单元按照一定方式组合而成（根据度数d和步数t），此结构从功能上来讲包括硬币算符C和位移操作S，通过编程每个结构单元的硬币算符来调控粒子的漫步行为，光子在下一步（级）出现的位置取决于硬币算符C和位移操作S，不同度数d的图形对应不同的位移操作，下面就常见的几种情况分别做出说明，对于较大度数的情况同样适用。
度数d = 2，对应一维直线图形，如图2所示。假设粒子从位置1出发，其可以向左漫步（位置3）也可以向右漫步（位置2），当粒子经过第一次漫步出现在下一个位置时又具有相同的情形，即下一步向左或向右，依次类推......漫步粒子在每一个位置都具有两个位移方向，所对应的多级结构单元中，C表示硬币算符，S表示位移操作，示意图画出了前2步的离散漫步，一维直线上位置越多对应粒子漫步的步数越多，对于多步数的情形同样适用。
度数d = 3，对应图形如图3所示。假设粒子从位置1出发，其下一步可能出现的位置分别是2、3和4，漫步粒子再下一次可能出现的位置包括1、5、6、7、8、9和10，漫步粒子在每个位置都具有三个漫步方向，所对应的多级结构单元中，C表示硬币算符，S表示位移操作，示意图画出了前2步的离散漫步，对于多步数的情形同样适用。
度数d = 4，对应图形如图4所示。假设粒子从位置1出发，其下一步可能出现的位置分别是2、3、4和5，漫步粒子再下一次可能出现的位置包括1、6、7、8、9、10、11、12和13，漫步粒子在每个位置都具有四个漫步方向，所对应的多级结构单元中，C表示硬币算符，S表示位移操作，示意图画出了前2步的离散漫步，对于多步数的情形同样适用。
位移操作S定义：离散时间量子漫步中，位移操作S作用在
Figure SMS_16
，其中/>
Figure SMS_18
表示位置态，/>
Figure SMS_23
表示硬币态，当度数为2时，/>
Figure SMS_14
，定义粒子向左漫步时硬币态为/>
Figure SMS_19
，向右漫步时硬币态为/>
Figure SMS_22
。根据此定义方式，我们可以画出度数d = 2的离散时间量子漫步模拟芯片结构原理图，如图2所示；当度数为3时，
Figure SMS_25
，定义粒子向第二象限漫步时硬币态为/>
Figure SMS_13
，向第四象限漫步时硬币态为/>
Figure SMS_17
，向第三象限漫步时硬币态为/>
Figure SMS_21
。根据此定义方式，我们可以画出度数d = 3的离散时间量子漫步模拟芯片结构原理图，如图3所示；当度数为4时，/>
Figure SMS_24
，定义粒子向左漫步时硬币态为/>
Figure SMS_15
，向右漫步时硬币态为/>
Figure SMS_20
，向上漫步时硬币态为/>
Figure SMS_26
，向下漫步时硬币态为
Figure SMS_27
。根据此定义方式，我们可以画出度数d = 4的离散时间量子漫步模拟芯片结构原理图，如图4所示。
粒子交换对称性和不可分辨性是多粒子量子漫步的关键，交换对称是指一个波函数在交换两个不可区分的粒子后获得一个相位，这种效应由生成算符和湮没算符表征，对应不同的粒子性质。不可分辨性可影响量子漫步演化中多粒子量子干涉的强度。通过对纠缠多光子源模块内的相移器进行配置，可以调节粒子的不可区分度γ、交换对称性φ，以及在可配置离散时间量子漫步演化光学网络的入口处生成对应的多光子路径纠缠态。本发明中芯片相移器的配置是指对相移器两端施加不同的电学信号；调节结果是改变通过波导的光的相位来进行编码。
根据粒子漫步步数进行迭代，粒子具有不同的概率位置，初始点位置概率为1，对之后步数的每个概率位置都需要进行硬币算符的更新，根据硬币态进行迁移操作，到达下一节点，以此类推，最终得到t步后的漫步状态
Figure SMS_28
。此公式的含义是漫步粒子由初始态/>
Figure SMS_29
经过t步之后所处的状态，其中/>
Figure SMS_30
表示粒子初始态，U=SC,C表示硬币算符，S表示位移操作。
最后，通过投影测量获得漫步粒子在不同的位置出现的概率。由于光子是玻色子，我们通过可配置纠缠光子源模块来模拟费米子或任意子的行为，我们使粒子分别进入P个结构完全相同的演化光学网络单元U(1), U(2),…,U(P)，通过对演化光学网络单元的多级结构单元的相移器进行配置来进行硬币态的更新，通过路径波导维度实现所需d度数的图上漫步，在经过t步离散时间量子漫步之后，在输出端进行多粒子投影测量，确定粒子最后的漫步状态。至此，芯片结构能够完成性质可调的粒子在任意恒定度数任意步数的离散时间量子漫步演化。投影测量是量子计算中的作为一种检验方法来对结果进行验证；路径波导维度具体是指芯片上特殊结构的波导数量，可以理解为维度越高对应的波导数量越多。
实施例：
一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，该芯片结构可完成两组（每组两个）粒子在恒定度数为2、步数为6的离散时间量子漫步模拟，对应一维直线的离散时间量子漫步模型。如图6所示，该芯片结构包含两个模块，前半部分为可配置纠缠多光子源模块I：2个纠缠双光子源。后半部分为可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块Ⅱ：2个恒定度数为2、步数为6的演化光学网络单元A和B，每个演化光学网络单元能够实现输入口固定的离散时间量子漫步演化模拟。整个芯片结构通过114个相移器控制。每个纠缠光子源产生两个纠缠光子，经波分复用器路由后，波长相同（2组）的两个粒子从节点1和2出发，分别进入对应的演化光学网络单元A和B，需要对芯片结构进行以下配置与操作：
1.配置可配置纠缠多光子源模块I的2个相移器S和P，使之产生路径纠缠双光子态，例如纠缠双光子态表达式：
Figure SMS_31
，式中/>
Figure SMS_32
表示产生算符，下标表示不同的模式。其中γ（0≤γ≤1）表示不可区分性，可影响漫步演化中多粒子量子干涉的强度，通过粒子纠缠的比例来调节。φ表示交换特性，是指一个波函数在交换两个不可区分的粒子后获得一个相位，对于玻色子φ为0，对于费米子φ为π。基于此，当对不可区分性为γ0,交换对称性为φ0的粒子漫步进行模拟时，所需要配置的态为/>
Figure SMS_33
。其工作原理是通过发送纠缠光子对的每个粒子经过相同的目标演化副本，然后测量相应的相关检测概率——控制纠缠态的参数来调整模拟粒子的性质。
2.配置可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块Ⅱ中A和B两个演化光学网络单元中的多级结构单元（包含112个相移器），用于制备任意的演化算符U = SC,最终得到6步操作后的演化算符
Figure SMS_34
。其中，C表示硬币算符，S表示位移操作，对应的例子进行6步操作。
利用以上结构，通过对各个相移器进行相应的配置，能够对不可区分度为γ0、交换对称性为φ0的两个粒子，从一个一维直线的两个相邻节点出发，步数为6的离散时间量子漫步状态进行模拟。
3. 值得注意的是，在示例图6中，为避免线路交叉，我们设计第一个纠缠光子源产生的两个纠缠光子分别进入光学网络A的k1和光学网络B的k2’端口，因此，需要对相应的硬币算子C'先做一个X门操作，再进行C操作。
本发明关键之处是该芯片结构可以控制多粒子纠缠态来改变粒子的性质，包括粒子的全同性和交换特性，进而实现不局限于玻色子的离散时间量子漫步模拟。光子玻色子从光栅耦合到芯片中，纠缠多光子源部分用于产生不同的多光子多路径纠缠态；通过调节多个演化光学网络部分的相移器，来调节纠缠光子的性质，即调控多光子路径态可以实现参与演化的粒子性质的配置，根据需求使光子玻色子模拟任意子行为，最后进行符合测量。该芯片结构主要用于模拟多个任意子的离散时间量子漫步。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，本领域的技术人员可以在不产生矛盾的情况下，将本说明书中描述的不同实施例或示例以及其中的特征进行结合或组合。
上述内容虽然已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等更新操作。

Claims (10)

1.一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，用于实现多粒子在任意恒定度数和任意步数的图上离散时间量子漫步，其特征在于，所述芯片结构包括可配置纠缠多光子源模块和可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块，其中：
所述可配置纠缠多光子源模块利用纠缠态操控来模拟粒子特性可调的多粒子情况，所述可配置纠缠多光子源模块包括N个纠缠光子源、马赫-曾德尔干涉仪网络和N个波分复用器；
所述可配置离散时间量子漫步演化光学网络模块包括P个演化光学网络单元，所述演化光学网络单元可实现所需任意恒定度数和任意步数的离散时间量子漫步模拟；
每个纠缠光子源产生P个波长不同的纠缠光子，波分复用器根据输出光子波长对应的序列编号依次分别输入到P个演化光学网络单元的相应输入端口。
2.根据权利要求1所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，所述马赫-曾德尔干涉仪网络为
Figure QLYQS_1
级马赫-曾德尔干涉仪网络，其中马赫-曾德尔干涉仪以“二叉树”的形式进行排布，上一级马赫-曾德尔干涉仪的每一个输出端口连接下一级的一个马赫-曾德尔干涉仪的一个输入端口，最后一级马赫-曾德尔干涉仪的/>
Figure QLYQS_2
个输出端口分别连接一个相移器以及一个纠缠光子源；马赫-曾德尔干涉仪由一个相移器连接两个多模干涉仪组成，相移器通过外置经典控制信号来对各路光进行调节，实现路径编码。
3.根据权利要求2所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，每个演化光学网络单元，为多级结构单元根据度数和步数组合而成，包括硬币算符和位移操作，通过编程每个结构单元的硬币算符来调控粒子的漫步行为，光子在下一级出现的位置取决于硬币算符和位移操作，不同度数的图形对应不同的位移操作。
4.根据权利要求3所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，在模拟的量子漫步中，对于每个t步离散时间量子漫步的演化光学网络单元，N个波长相同的粒子从N个端口输入，根据P个纠缠光子波长的不同，端口序列分别记为：
Figure QLYQS_3
这里每个序号k代表每个演化光学网络的对应输入端口号，另外，vm,q表示vm的第q个元素，将第M个纠缠光子源SM产生的P个光子，根据波长对应的序列编号依次分别输入到P个演化光学网络单元的相应输入端口。
5.根据权利要求4所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，根据粒子漫步步数进行迭代，粒子具有不同的概率位置，初始点位置概率为1，对之后步数的每个概率位置都需要进行硬币算符的更新，根据硬币态进行迁移操作，到达下一节点，以此类推，最终得到t步后的漫步状态
Figure QLYQS_4
；其中
Figure QLYQS_5
表示粒子初始态，U=SC,C表示硬币算符，S表示位移操作。
6.根据权利要求5所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，通过投影测量获得漫步粒子在不同的位置出现的概率。
7.根据权利要求6所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，通过可配置纠缠光子源模块来模拟费米子或任意子的行为，使粒子分别进入P个结构完全相同的演化光学网络单元U(1), U(2),…,U(P)，通过对演化光学网络单元的多级结构单元的相移器进行配置来进行硬币态的更新，通过路径波导维度实现所需d度数的图上漫步，经过t步离散时间量子漫步之后，在输出端进行多粒子投影测量，确定粒子最后的漫步状态，由此，所述芯片结构能够完成性质可调的粒子在任意恒定度数任意步数的离散时间量子漫步演化。
8.根据权利要求7所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，通过对纠缠多光子源模块内的相移器进行配置，可以调节粒子的不可区分度γ、交换对称性φ，以及在可配置离散时间量子漫步演化光学网络的入口处生成对应的多光子路径纠缠态。
9.根据权利要求8所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，不可区分度γ可影响漫步演化中多粒子量子干涉的强度， 0≤γ≤1，通过粒子纠缠的比例来调节。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于集成光学的可编程离散时间量子漫步模拟芯片结构，其特征在于，光子玻色子从光栅耦合到芯片中，纠缠多光子源部分用于产生不同的多光子多路径纠缠态；通过调节多个演化光学网络部分的相移器，来调节光子的性质，调控多光子路径态可以实现参与演化的粒子性质的配置。
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