中國實現"最快"量子控制奠定多比特量子計算基礎

記者從中國科學技術大學獲悉，該校杜江峯院士團隊近期在量子控制研究領域取得重要進展，團隊成員榮星、耿建培等人在固態自旋體系中實現時間最優量子控制。日前，國際物理學權威學術期刊《物理評論快報》發表了該研究成果。量子控制是現代量子科學的基礎，在量子計算、量子精密測量等領域具有重要意義。“時間最優”則是一種科研表述，即我們日常生活中所説的“最快”。而“時間最優量子控制”，則是尋求將量子系統在最短時間內驅動到目標狀態，比如做到“又快又多又好”的量子比特操作，才有可能真正實現量子計算。

從2007年開始，國際學界不斷尋求時間最優量子控制，但到2015年為止，實驗研究還只侷限於單量子比特系統。

杜江峯院士領導的中科院微觀磁共振重點實驗室曾在2014年實現了精度高達0.996的單比特量子操作，隨後實現了達到容錯量子計算要求的普適量子邏輯門。

近期，杜江峯團隊與知名量子學者王曉霆博士合作，將求解時間最優控制問題的理論方法與具體的量子物理體系相結合，發展了實現普適量子控制的時間最優控制方法，並在金剛石NV色心體系上實驗實現。研究結果表明，無論是單比特還是兩比特量子操作，不僅操作精度高達99％，而且操作時間比常規方法顯著縮短。

據介紹，這項研究證實了以時間最優的方式實現精確量子控制的可行性，為多比特量子體系的時間最優控制奠定了基礎。這意味着未來量子計算可以在單位時間內實現更多的高精度量子邏輯門，因而具有重要的應用前景。