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獲悉，該校微尺度科學國家實驗室杜江峰教授領導的研究小組和香港中文大學劉仁保教授合作，通過電子自旋共振實驗技術，在國際上首次通過固態體系實驗實現最優動力學解耦，使得量子計算機的問世成為可能。

據介紹，將量子力學和計算機科學結合并實現量子計算是人類的一大夢想。量子計算的本質就是利用量子的相干性，而在現實中由于環境不可避免地會對量子系統發生耦合干擾，使量子相干性隨時間衰減發生消相干，計算任務無法完成。因此為使量子計算成為現實，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鍵。

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

經過多年努力，杜江峰研究小組已成功建立目前中國國內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，這為用固態材料研制出能在室溫下使用的量子計算機奠定了基礎。

研究人員認為，一旦實際固態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也不再遙遠。

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