中国实现“最快”量子控制：为多比特量子计算奠定基础

猴哥

记者从中国科学技术大学获悉，该校杜江峰院士团队近期在量子控制研究领域取得重要进展，团队成员荣星、耿建培等人在固态自旋体系中实现时间最优量子控制。日前，国际物理学权威学术期刊《物理评论快报》发表了该研究成果。
量子控制是现代量子科学的基础，在量子计算、量子精密测量等领域具有重要意义。“时间最优”则是一种科研表述，即我们日常生活中所说的“最快”。而“时间最优量子控制”，则是寻求将量子系统在最短时间内驱动到目标状态，比如做到“又快又多又好”的量子比特操作，才有可能真正实现量子计算。

从2007年开始，国际学界不断寻求时间最优量子控制，但到2015年为止，实验研究还只局限于单量子比特系统。
杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室长期致力于精确量子控制的实验研究，他们曾在2014年实现了精度高达0.996的单比特量子操作，随后实现了达到容错量子计算要求的普适量子逻辑门。
近期，杜江峰团队与知名量子学者王晓霆博士合作，将求解时间最优控制问题的理论方法与具体的量子物理体系相结合，发展了实现普适量子控制的时间最优控制方法，并在金刚石NV色心体系上实验实现。研究结果表明，无论是单比特还是两比特量子操作，不仅操作精度高达99%，而且操作时间比常规方法显著缩短。
据介绍，这项研究证实了以时间最优的方式实现精确量子控制的可行性，为多比特量子体系的时间最优控制奠定了基础。这意味着未来量子计算可以在单位时间内实现更多的高精度量子逻辑门，因而具有重要的应用前景。