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中國首次在室溫固態(tài)體系中實(shí)現絕熱量子質(zhì)因數分解

    中國科技網(wǎng)訊（記者吳長(cháng)鋒 通訊員楊保國）中國科大杜江峰院士課題組利用金剛石中的自旋作為量子處理器，首次在室溫大氣條件下實(shí)現了基于固態(tài)單自旋體系的質(zhì)因數分解量子算法。研究成果近日發(fā)表在《物理評論快報》上。

    RSA密鑰體系是當今金融、網(wǎng)絡(luò )等領(lǐng)域普遍使用的加密方式，其之所以安全，是因為對經(jīng)典計算而言，尚無(wú)有效的方法在合理的時(shí)間內完成大數的質(zhì)因數分解。1994 年，美國科學(xué)家Peter Shor提出了基于量子計算機的質(zhì)因數分解算法，即著(zhù)名的Shor算法，從理論上證明量子計算機可以指數加速大數的質(zhì)因數分解，使原本用當前最好的計算機也需要上萬(wàn)年才能完成的計算任務(wù)，量子計算機瞬間即能完成。

    但是，Shor算法基于傳統的量子線(xiàn)路模式，由于實(shí)驗難度太大，自2012年英國一研究組實(shí)現21的質(zhì)因數分解以來(lái)，尚未有新突破。如何在更具實(shí)用前景的室溫固態(tài)體系中實(shí)現絕熱量子質(zhì)因數分解，此前仍然是學(xué)界的重大挑戰。

    杜江峰課題組利用金剛石中的自旋作為量子比特，首次在室溫大氣條件下實(shí)現了基于固態(tài)單自旋體系的量子分解算法。他們以分解35為例，完整演示了絕熱量子分解算法的整個(gè)過(guò)程，并以高保真度得到了問(wèn)題的解。為了克服金剛石單自旋量子相干時(shí)間不夠長(cháng)的問(wèn)題，他們發(fā)展了核與電子雜化體系的優(yōu)化控制技術(shù)，提高了量子演化過(guò)程的保真度。這一優(yōu)化控制技術(shù)具有普適性，可以應用于其他自旋體系。

    金剛石單自旋是目前被認為極具潛力建造室溫固態(tài)量子計算機的實(shí)驗體系，該工作展示了在這一體系中實(shí)現復雜量子算法的能力，向建造室溫固態(tài)量子計算機邁進(jìn)了重要一步。未來(lái)，利用金剛石中內部自旋之間的耦合，或者通過(guò)金剛石NV色心自旋與光腔模式的耦合，有望實(shí)現可擴展的量子計算系統，實(shí)現實(shí)用化的量子質(zhì)因數分解功能。