中国科大固态自旋量子操控取得重要进展　 [2016-07-10]

　　中国科学技术大学杜江峰研究组在固态自旋体系中实现了达到容错阈值的普适量子逻辑门，这一结果代表了目前固态自旋体系量子操控精度的世界最高水平，研究成果发表在11月25日的《自然.通讯》上[Nature Communications 6, 8748(2015)]。
　　量子计算作为一种新型的信息处理方式，利用量子叠加性使得大量计算任务能够同时进行，因此能够有效处理经典计算科学中许多难以解决的问题。然而要实用化量子计算就必须克服退相干效应等诸多不利因素。因此科学家们提出了量子纠错方案，但是量子纠错方案对量子计算的每一步操作精度有着极其严苛的要求。如何在噪声干扰严重的量子体系上实现高精度量子逻辑门，成为实现量子计算的关键之一。2014年2月《物理评论快报》报道了杜江峰组将动力学解耦技术和逻辑门操作有效结合起来，实现了精度高达0.996的单比特量子逻辑门操作。同年4月《自然》杂志报道了美国加州大学圣塔巴巴拉分校Martinis团队在超导量子比特上实现了0.9992单比特量子逻辑门操作。
为了进一步提升量子逻辑门精度，就需要更有效地抑制各种噪声效应，从而将量子逻辑门发生错误的概率控制在一个极低的水平。杜江峰研究组提出了一种新型的组合脉冲方法，通过精巧设计该组合脉冲的参数，使得该方法不仅具备动力学解耦技术抑制退相干效应的优势，还能够极大地消除操控场的噪声效应。他们基于金刚石色心体系来考察新型组合脉冲实现单比特量子逻辑门的效果，实验结果表明量子逻辑门精度达到了0.999952。此外他们进一步发展了量子最优控制方法来实现高精度两比特量子逻辑门（受控非门）,实验结果表明两量子比特受控非门的精度达到0.992。
　　该成果代表了目前固态自旋体系精确量子操控的国际最高水平，为固态自旋体系实现容错量子计算奠定了基础。
　　上述研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和教育部的支持。
　　论文链接：http://dx.doi.org/10.1038/NCOMMS9748