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2019-01-30 21:59 |
中國科大實(shí)現(xiàn)室溫固態(tài)可編程量子處理器
日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首次在室溫大氣條件下實(shí)現(xiàn)基于固態(tài)自旋體系的可編程量子處理器。該研究成果以“A programmable two-qubit solid-state quantum processor under ambient conditions”為題，發(fā)表在2019年1月25日的《npj Quantum Information》上 [npj Quantum Information 5, 9 (2019) ]。 zdEPDd B
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量子計(jì)算利用量子疊加性，能夠有效處理經(jīng)典計(jì)算科學(xué)中許多難以解決的問題�？删幊塘孔佑�(jì)算是量子計(jì)算走向?qū)嵱没囊粋�(gè)重要條件。對(duì)于經(jīng)典計(jì)算而言，用戶通常使用同一種硬件架構(gòu)就可以靈活地完成多種多樣的計(jì)算任務(wù)。但是目前絕大多數(shù)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)僅僅被設(shè)計(jì)來運(yùn)行特定的量子算法，如果要執(zhí)行新的量子算法，往往需要重新配置量子計(jì)算的硬件�？删幊塘孔佑�(jì)算概念的提出就是用來解決這一問題，它能夠在不改變硬件的前提下，僅需要配置這些量子處理器的若干參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)各種不同的量子算法。近年來，在離子阱、超導(dǎo)體系和硅量子點(diǎn)體系中已陸續(xù)演示了可編程量子計(jì)算。但由于室溫固態(tài)體系中的量子比特通常面臨嘈雜的噪聲，其量子相干性非常容易受到破壞，因此在室溫固態(tài)體系中開展可編程量子計(jì)算演示仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。 I W% |G
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杜江峰課題組利用金剛石中的電子自旋與核自旋作為兩量子比特體系，首次實(shí)現(xiàn)了室溫固態(tài)自旋可編程量子處理器。研究人員利用綠色激光脈沖實(shí)現(xiàn)該量子處理器的初始化和讀出功能，并利用一系列高精度的微波與射頻脈沖序列來執(zhí)行量子算法。他們設(shè)計(jì)了一類普適量子線路，將一系列量子算法的執(zhí)行轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的微波和射頻脈沖的幅度和相位參數(shù)。對(duì)于用戶而言，僅需要對(duì)這一系列參數(shù)進(jìn)行有效配置，就可以完成多種量子算法，避免了繁瑣而且昂貴的硬件重新配置。在量子算法執(zhí)行過程中，研究人員結(jié)合前期發(fā)展的動(dòng)力學(xué)解耦技術(shù)有效抑制固體中嘈雜的噪聲帶來的不利影響，在該可編程量子處理器上成功運(yùn)行了Deutsch-Jozsa 算法和 Grover 搜索算法，算法的成功率超過80%。預(yù)期在未來，通過提升該量子處理器的材料（金剛石）性能，譬如降低13C的含量，將有助于進(jìn)一步提升算法的成功率。該工作展示了可編程量子處理器的靈活性，向構(gòu)筑室溫固態(tài)量子計(jì)算邁出了重要一步。 +ke1Cn'[
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兩比特Deutsch-Jozsa算法實(shí)驗(yàn)演示圖。 (a) 兩比特可編程量子處理器普適量子線路圖。(b) 和 (c) 兩比特Deutsch-Jozsa 算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果，藍(lán)色為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，紅色為理想情況下的理論預(yù)期值，綠色為考慮實(shí)驗(yàn)體系中各類噪聲影響的理論預(yù)期值。 \a=D
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中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室伍旸和王亞為該文并列第一作者。此項(xiàng)研究得到了科技部、中國科學(xué)院和安徽省的資助。 nY t/U\n!
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文章鏈接: https://www.nature.com/articles/s41534-019-0129-z
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