國際量子計(jì)算研究獲重大突破 量子計(jì)算機(jī)成可能

據(jù)介紹，將量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合并實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算是人類的一大夢(mèng)想。量子計(jì)算的本質(zhì)就是利用量子的相干性，而在現(xiàn)實(shí)中由于環(huán)境不可避免地會(huì)對(duì)量子系統(tǒng)發(fā)生耦合干擾，使量子相干性隨時(shí)間衰減發(fā)生消相干，計(jì)算任務(wù)無法完成。因此為使量子計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)，首要急需解決的問題就是克服消相干。

杜江峰教授介紹說，以分解五百位的自然整數(shù)為例，目前最快的計(jì)算機(jī)需要用幾十億年才能完成，而用量子計(jì)算機(jī)，同樣的重復(fù)頻度，一分鐘就可以解決。但量子計(jì)算如同人類思考問題需要一定時(shí)間。其時(shí)間長短取決于量子的相干性，相干性保持時(shí)間越長，量子計(jì)算機(jī)就可以處理復(fù)雜程度更高、難度更大的信息。因此，提高量子相干性，對(duì)提高量子計(jì)算機(jī)的能力十分關(guān)鍵。

為保持量子相干性，物理學(xué)家提出很多種方法，其中，最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦是最有效的方法之一。杜江峰教授介紹說，最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦方法就是通過一串精心設(shè)計(jì)的微波脈沖直接作用于自旋電子，讓自旋電子反復(fù)翻轉(zhuǎn)，“感受”到的外力上下翻轉(zhuǎn)，消去電子自旋與環(huán)境中核自旋之間的耦合，保護(hù)電子自旋的量子相干性。

經(jīng)過多年努力，杜江峰研究小組已成功建立目前中國國內(nèi)唯一可以同時(shí)操控電子和核自旋的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。研究人員用最多七個(gè)微波脈沖把一種叫丙二酸的材料里的電子自旋的相干時(shí)間從不足二千萬分之一秒延長到了近三萬分之一秒，這個(gè)時(shí)間已能夠滿足一些量子計(jì)算任務(wù)的需要。研究顯示，即使在常溫下，這樣的方案也是可以工作的，這為用固態(tài)材料研制出能在室溫下使用的量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

研究人員認(rèn)為，一旦實(shí)際固態(tài)體系的各種退相干機(jī)制被人們所完全了解，高精度的相干控制將更加容易，距離量子計(jì)算機(jī)的真正實(shí)現(xiàn)也不再遙遠(yuǎn)。

據(jù)悉，該成果發(fā)表于十月二十九日出版的國際權(quán)威雜志《自然》上。審稿人認(rèn)為“該工作有效地保持了固態(tài)自旋比特的量子相干性，對(duì)固態(tài)自旋量子計(jì)算的真正實(shí)現(xiàn)具有極其重要的意義”。