追求又快又好的量子计算 中科大杜江峰团队实现时间最优量子控制

2018-01-03
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文章简介：近日,中国科大杜江峰团队的荣星和耿建培等在固态自旋体系实现了时间最优的量子控制,可以使普适量子计算既快又好.时间最优问题自17世纪由数学家约翰·伯努利提出以来,

近日,中国科大杜江峰团队的荣星和耿建培等在固态自旋体系实现了时间最优的量子控制,可以使普适量子计算既快又好。

时间最优问题自17世纪由数学家约翰·伯努利提出以来,已经在我们的日常生活中获得了广泛应用。譬如,当人们驱车前往某一目的地,已经习惯使用手机地图APP找出用时最短的行车路线。在量子世界中,如何使量子系统在最短时间内达到目标状态,则是时间最优问题关注的焦点。

如果能实现这一点,就意味着人们可以以最快的速度来调控微观世界。对量子计算而言,则意味着在有效降低其功耗的同时还可以使其信息处理的速度和可靠性获得极大提升。

量子计算在操作精度方面已经足够“好”了,那如何使其更快呢?

国际上关于时间最优量子控制的实验研究还只局限于单量子比特系统。2015年,麻省理工学院团队从理论上找到了多量子比特系统的时间最优方案。然而将理论转化成现实的难度非常大。杜江峰团队与理论主要贡献者王晓霆基于具体的量子系统,合作发展了实现普适量子控制的时间最优控制方法,并在金刚石色心上实验实现。

研究结果表明,无论是单比特还是两比特量子逻辑门,在保证精度高达99%的同时,不仅功耗降低了一个量级,而且信息处理速度得到了显著提升。这种控制方法可用来显著提升量子计算的运行速度。

值得一提的是,杜江峰团队的时间最优量子控制是在室温大气环境下实现的,不需要真空低温等苛刻条件。在量子计算的模式中,他们选取的是具有普适性的标准量子计算,可以运行各种各样的量子算法。基于这些选择构筑的量子计算具有实验条件宽松、可解决问题面广泛的优良特性。

这意味着未来量子计算可以在单位时间内实现更多的计算任务,具有重要的应用前景。