國際量子計算研究獲重大突破 量子計算機成可能

記者二十九日從中國科技大學(xué)獲悉，該校微尺度科學(xué)國家實驗室杜江峰教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組和香港中文大學(xué)劉仁保教授合作，通過電子自旋共振實驗技術(shù)，在國際上首次通過固態(tài)體系實驗實現(xiàn)最優(yōu)動力學(xué)解耦，使得量子計算機的問世成為可能。

據(jù)介紹，將量子力學(xué)和計算機科學(xué)結(jié)合并實現(xiàn)量子計算是人類的一大夢想。量子計算的本質(zhì)就是利用量子的相干性，而在現(xiàn)實中由于環(huán)境不可避免地會對量子系統(tǒng)發(fā)生耦合干擾，使量子相干性隨時間衰減發(fā)生消相干，計算任務(wù)無法完成。因此為使量子計算成為現(xiàn)實，首要急需解決的問題就是克服消相干。

杜江峰教授介紹說，以分解五百位的自然整數(shù)為例，目前最快的計算機需要用幾十億年才能完成，而用量子計算機，同樣的重復(fù)頻度，一分鐘就可以解決。但量子計算如同人類思考問題需要一定時間。其時間長短取決于量子的相干性，相干性保持時間越長，量子計算機就可以處理復(fù)雜程度更高、難度更大的信息。因此，提高量子相干性，對提高量子計算機的能力十分關(guān)鍵。

為保持量子相干性，物理學(xué)家提出很多種方法，其中，最優(yōu)動力學(xué)解耦是最有效的方法之一。杜江峰教授介紹說，最優(yōu)動力學(xué)解耦方法就是通過一串精心設(shè)計的微波脈沖直接作用于自旋電子，讓自旋電子反復(fù)翻轉(zhuǎn)，“感受”到的外力上下翻轉(zhuǎn)，消去電子自旋與環(huán)境中核自旋之間的耦合，保護電子自旋的量子相干性。

經(jīng)過多年努力，杜江峰研究小組已成功建立目前中國國內(nèi)唯一可以同時操控電子和核自旋的實驗平臺。研究人員用最多七個微波脈沖把一種叫丙二酸的材料里的電子自旋的相干時間從不足二千萬分之一秒延長到了近三萬分之一秒，這個時間已能夠滿足一些量子計算任務(wù)的需要。研究顯示，即使在常溫下，這樣的方案也是可以工作的，這為用固態(tài)材料研制出能在室溫下使用的量子計算機奠定了基礎(chǔ)。

研究人員認為，一旦實際固態(tài)體系的各種退相干機制被人們所完全了解，高精度的相干控制將更加容易，距離量子計算機的真正實現(xiàn)也不再遙遠。

據(jù)悉，該成果發(fā)表于十月二十九日出版的國際權(quán)威雜志《自然》上。審稿人認為“該工作有效地保持了固態(tài)自旋比特的量子相干性，對固態(tài)自旋量子計算的真正實現(xiàn)具有極其重要的意義”。