記者二十九日從中國(guó)科技大學(xué)獲悉，該校微尺度科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室杜江峰教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組和香港中文大學(xué)劉仁保教授合作，通過(guò)電子自旋共振實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在國(guó)際上首次通過(guò)固態(tài)體系實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦，使得量子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世成為可能。

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(wú)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(wèn)題就是克服消相干。

杜江峰教授介紹說(shuō)，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(wèn)題需要一定時(shí)間。其時(shí)間長(zhǎng)短取決于量子的相干性，相干性保持時(shí)間越長(zhǎng)，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(shuō)，最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦方法就是通過(guò)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(guò)多年努力，杜江峰研究小組已成功建立目前中國(guó)國(guó)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(wàn)分之一秒延長(zhǎng)到了近三萬(wàn)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(guó)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”。