本報(bào)訊（通訊員 范瓊 中國青年報(bào)·中青在線記者 王磊）近日，中國科大杜江峰團(tuán)隊(duì)的榮星和耿建培等在固態(tài)自旋體系實(shí)現(xiàn)了時(shí)間最優(yōu)的量子控制，可以使普適量子計(jì)算既快又好。
時(shí)間最優(yōu)問題自17世紀(jì)由數(shù)學(xué)家約翰·伯努利提出以來，已經(jīng)在我們的日常生活中獲得了廣泛應(yīng)用。譬如，當(dāng)人們驅(qū)車前往某一目的地，已經(jīng)習(xí)慣使用手機(jī)地圖APP找出用時(shí)最短的行車路線。在量子世界中，如何使量子系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)，則是時(shí)間最優(yōu)問題關(guān)注的焦點(diǎn)。如果能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就意味著人們可以以最快的速度來調(diào)控微觀世界。對量子計(jì)算而言，則意味著在有效降低其功耗的同時(shí)還可以使其信息處理的速度和可靠性獲得極大提升。
量子計(jì)算在操作精度方面已經(jīng)足夠“好”了，那如何使其更快呢？
國際上關(guān)于時(shí)間最優(yōu)量子控制的實(shí)驗(yàn)研究還只局限于單量子比特系統(tǒng)。2015年，麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)從理論上找到了多量子比特系統(tǒng)的時(shí)間最優(yōu)方案。然而將理論轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)的難度非常大。杜江峰團(tuán)隊(duì)與理論主要貢獻(xiàn)者王曉霆基于具體的量子系統(tǒng)，合作發(fā)展了實(shí)現(xiàn)普適量子控制的時(shí)間最優(yōu)控制方法，并在金剛石色心上實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。研究結(jié)果表明，無論是單比特還是兩比特量子邏輯門，在保證精度高達(dá)99％的同時(shí)，不僅功耗降低了一個(gè)量級，而且信息處理速度得到了顯著提升。這種控制方法可用來顯著提升量子計(jì)算的運(yùn)行速度。
值得一提的是，杜江峰團(tuán)隊(duì)的時(shí)間最優(yōu)量子控制是在室溫大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，不需要真空低溫等苛刻條件。在量子計(jì)算的模式中，他們選取的是具有普適性的標(biāo)準(zhǔn)量子計(jì)算，可以運(yùn)行各種各樣的量子算法。基于這些選擇構(gòu)筑的量子計(jì)算具有實(shí)驗(yàn)條件寬松、可解決問題面廣泛的優(yōu)良特性。
這意味著未來量子計(jì)算可以在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的計(jì)算任務(wù)，具有重要的應(yīng)用前景。
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