量子计算研究取得重大突破

近日，中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室教授杜江峰领导的研究小组和香港中文大学教授刘仁保合作，通过电子自旋共振实验技术，在国际上首次通过固态体系实验实现了最优动力学解耦，极大地提高了电子自旋相干时间。该成果发表在10月29日出版的国际学术期刊《自然》上。审稿人认为：“该工作有效地保持了固态自旋比特的量子相干性，对固态自旋量子计算的真正实现具有极其重要的意义。” 同期《自然》的《新闻与展望》栏目发表的评述文章指出：“量子系统不可避免的信息流失局限其现实的应用。然而，杜江峰与其同事的研究表明，通过精巧的脉冲控制，使得固态体系环境对电子量子比特的不利影响被降到最小，从而大大减少了量子体系中量子信息的流失。他们所使用的量子相干调控技术被证明是一种可以帮助人们理解并且有效对抗量子信息流失的一个重要资源，取得的研究进展的重要性在于极大提升了现实物理体系的性能，从而朝实现量子计算迈出重要的一步。” 将量子力学和计算机科学结合并实现量子计算是人类的一大梦想。量子计算的本质就是利用量子的相干性，而在现实中，由于环境不可避免地会对量子系统发生耦合干扰，使量子的相干性随时间衰减，发生消相干，使得计算任务无法完成。因此，为了使量子计算成为现实，一个首要急需解决的问题就是克服消相干。经过多年努力，杜江峰研究小组在科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、中国科学技术大学的大力支持下，于今年4月成功建立了目前国内唯一可以同时操控电子和核自旋的实验平台。在此基础上，他们第一次在真实固态体系中开展独立实验，实现了最优动力学解耦方案。研究人员用最多7个微波脉冲，把一种叫丙二酸的材料里的电子自旋的相干时间从不足二千万分之一秒提高到了近三万分之一秒，这个时间已经能够满足一些量子计算任务的需要。他们的研究显示，即使在常温下，这样的方案也是可以工作的，这为用固态材料研制出能在室温下使用的量子计算机奠定了基础。研究人员认为，一旦实际固态体系的各种退相干机制被人们完全了解，高精度的相干控制将更加容易，距离量子计算机的真正实现也不再遥远。（来源：科学时报胡胜友）