中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰研究組在固態(tài)自旋體系中實(shí)現(xiàn)了達(dá)到容錯(cuò)閾值的普適量子邏輯門(mén)，這一結(jié)果代表了目前固態(tài)自旋體系量子操控精度的世界最高水平，研究成果發(fā)表在11月25日的Nature Communications上。

　　量子計(jì)算作為一種新型的信息處理方式，利用量子疊加性使得大量計(jì)算任務(wù)能夠同時(shí)進(jìn)行，因此能夠有效處理經(jīng)典計(jì)算科學(xué)中許多難以解決的問(wèn)題。然而要實(shí)用化量子計(jì)算就必須克服退相干效應(yīng)等諸多不利因素。因此科學(xué)家們提出了量子糾錯(cuò)方案，但量子糾錯(cuò)方案對(duì)量子計(jì)算的每一步操作精度有著極其嚴(yán)苛的要求。如何在噪聲干擾嚴(yán)重的量子體系上實(shí)現(xiàn)高精度量子邏輯門(mén)，成為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵之一。2014年2月《物理評(píng)論快報(bào)》報(bào)道了杜江峰組將動(dòng)力學(xué)解耦技術(shù)和邏輯門(mén)操作有效結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了精度高達(dá)0.996的單比特量子邏輯門(mén)操作。同年4月《自然》雜志報(bào)道了美國(guó)加州大學(xué)圣塔巴巴拉分校Martinis團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)量子比特上實(shí)現(xiàn)了0.9992單比特量子邏輯門(mén)操作。

　　為了進(jìn)一步提升量子邏輯門(mén)精度，就需要更有效地抑制各種噪聲效應(yīng)，從而將量子邏輯門(mén)發(fā)生錯(cuò)誤的概率控制在一個(gè)極低的水平。杜江峰研究組提出了一種新型的組合脈沖方法，通過(guò)精巧設(shè)計(jì)該組合脈沖的參數(shù)，使得該方法不僅具備動(dòng)力學(xué)解耦技術(shù)抑制退相干效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，還能夠極大地消除操控場(chǎng)的噪聲效應(yīng)。他們基于金剛石色心體系來(lái)考察新型組合脈沖實(shí)現(xiàn)單比特量子邏輯門(mén)的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明量子邏輯門(mén)精度達(dá)到了0.999952。此外，他們進(jìn)一步發(fā)展了量子最優(yōu)控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度兩比特量子邏輯門(mén)（受控非門(mén)），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩量子比特受控非門(mén)的精度達(dá)到0.992。

　　上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中國(guó)科學(xué)院和教育部的支持。