我科學家實現室溫固態可編程量子處理器 避免繁瑣昂貴的硬件重新配置

記者從中國科學技術大學獲悉，該校杜江峰院士領導的中科院微觀磁共振重點實驗室，首次在室溫大氣條件下實現基于固態自旋體系的可編程量子處理器。研究成果日前發表在《NPJ量子信息》上。

量子計算利用量子疊加性，能夠有效處理經典計算科學中許多難以解決的問題。但目前絕大多數量子計算實驗僅僅被設計來運行特定的量子算法，如果要執行新的量子算法，往往需要重新配置量子計算的硬件。可編程量子計算概念的提出就是用來解決這一問題的，它能夠在不改變硬件的前提下，僅需要配置這些量子處理器的若干參數就可以實現各種不同的量子算法。由于室溫固態體系中的量子比特通常面臨嘈雜的噪聲，其量子相干性非常容易受到破壞，因此在室溫固態體系中開展可編程量子計算演示仍然是一項艱巨的挑戰。

課題組利用金剛石中的電子自旋與核自旋作為兩量子比特體系，首次實現了室溫固態自旋可編程量子處理器。研究人員利用綠色激光脈沖實現該量子處理器的初始化和讀出功能，并利用一系列高精度的微波與射頻脈沖序列來執行量子算法。他們設計了一類普適量子線路，將一系列量子算法的執行轉化成為相應的微波和射頻脈沖的幅度和相位參數。對于用戶而言，僅需要對這一系列參數進行有效配置，就可以完成多種量子算法，避免了繁瑣而且昂貴的硬件重新配置。

該工作展示了可編程量子處理器的靈活性，向構筑室溫固態量子計算邁出了重要一步。