國際量子計算研究獲重大突破-量子計算機成可能

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.

將量子力學和計算機科學結合併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乾性,而在現實中由於環境不可避免地會對量子系統發 生耦合干擾,使量子相乾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.

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,同樣的重複頻度,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.其時間長短取決於量子的相乾性,相乾性保持時間越長,量子計算機就可以處理複雜程度更高、難度更大的信息.因此,提高量子相乾性,對提高量 子計算機的能力十分關鍵.

為保持量子相乾性,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 脈衝直接作用於自旋電子,讓自旋電子反覆翻轉,「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乾性.

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台.研究人員用最多七個微波脈衝把一種叫丙二酸的材料裡的電子 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,這為用固態材料研製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瞭解,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.