中國科大固態(tài)自旋量子操控研究獲進展

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰研究組在固態(tài)自旋體系中實現(xiàn)了達到容錯閾值的普適量子邏輯門，這一結(jié)果代表了目前固態(tài)自旋體系量子操控精度的世界最高水平，研究成果發(fā)表在11月25日的Nature Communications上。

　　量子計算作為一種新型的信息處理方式，利用量子疊加性使得大量計算任務(wù)能夠同時進行，因此能夠有效處理經(jīng)典計算科學(xué)中許多難以解決的問題。然而要實用化量子計算就必須克服退相干效應(yīng)等諸多不利因素。因此科學(xué)家們提出了量子糾錯方案，但量子糾錯方案對量子計算的每一步操作精度有著極其嚴苛的要求。如何在噪聲干擾嚴重的量子體系上實現(xiàn)高精度量子邏輯門，成為實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵之一。2014年2月《物理評論快報》報道了杜江峰組將動力學(xué)解耦技術(shù)和邏輯門操作有效結(jié)合起來，實現(xiàn)了精度高達0.996的單比特量子邏輯門操作。同年4月《自然》雜志報道了美國加州大學(xué)圣塔巴巴拉分校Martinis團隊在超導(dǎo)量子比特上實現(xiàn)了0.9992單比特量子邏輯門操作。

　　為了進一步提升量子邏輯門精度，就需要更有效地抑制各種噪聲效應(yīng)，從而將量子邏輯門發(fā)生錯誤的概率控制在一個極低的水平。杜江峰研究組提出了一種新型的組合脈沖方法，通過精巧設(shè)計該組合脈沖的參數(shù)，使得該方法不僅具備動力學(xué)解耦技術(shù)抑制退相干效應(yīng)的優(yōu)勢，還能夠極大地消除操控場的噪聲效應(yīng)。他們基于金剛石色心體系來考察新型組合脈沖實現(xiàn)單比特量子邏輯門的效果，實驗結(jié)果表明量子邏輯門精度達到了0.999952。此外，他們進一步發(fā)展了量子最優(yōu)控制方法來實現(xiàn)高精度兩比特量子邏輯門（受控非門），實驗結(jié)果表明兩量子比特受控非門的精度達到0.992。

　　上述研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和教育部的支持。