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中國科大首次在室溫固態(tài)體系中實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)絕熱量子質(zhì)因數(shù)分解

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中國科大首次在室溫固態(tài)體系中實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)絕熱量子質(zhì)因數(shù)分解

摘要: 　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰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(xiàn)了基于固態(tài)單自旋體系的質(zhì)因數(shù)分解量子算法。學(xué)習(xí)成果發(fā)表在3月31日的物理評論快報(bào)上�！　SA密鑰體系是當(dāng)今金融、網(wǎng) ...

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰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(xiàn)了基于固態(tài)單自旋體系的質(zhì)因數(shù)分解量子算法。學(xué)習(xí)成果發(fā)表在3月31日的物理評論快報(bào)上[Phys. Rev. Lett. 118， 130504 (2017)]。
　　RSA密鑰體系是當(dāng)今金融、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域普遍使用的加密方式。其安全性的基礎(chǔ)在于對經(jīng)典計(jì)算而言，尚無有效的方法能在合理的時間內(nèi)完成大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解，因此RSA加密體系目前是安全的。1994年，Peter Shor提出了基于量子計(jì)算機(jī)的質(zhì)因數(shù)分解算法，即著名的Shor算法，從理論上證明了量子計(jì)算機(jī)可以指數(shù)加速大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解，使得原本在當(dāng)前最好的計(jì)算機(jī)上需要上萬年才能完成的計(jì)算任務(wù)，量子計(jì)算機(jī)瞬間即能完成。這一算法的提出極大地推動了量子計(jì)算的學(xué)習(xí)進(jìn)程。但是，Shor算法基于傳統(tǒng)的量子線路模式，由于實(shí)驗(yàn)難度太大，目前使用Shor 算法分解的最大數(shù)僅是21[Nature Photonics. 6 ， 773 (2012)]。近年來，杜江峰課題組開展了采用絕熱量子計(jì)算這一新型的量子計(jì)算模式來實(shí)現(xiàn)量子質(zhì)因數(shù)分解的學(xué)習(xí)，在核磁共振實(shí)驗(yàn)體系中先后實(shí)現(xiàn)了21和143的量子質(zhì)因數(shù)分解[Phys. Rev. Lett. 101， 220405 (2008)；Phys. Rev. Lett. 108， 130501 (2012)]，創(chuàng)造了當(dāng)時量子質(zhì)因數(shù)分解的紀(jì)錄。
　　在最新完成的這項(xiàng)工作中，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(xiàn)了基于固態(tài)單自旋體系的量子分解算法。學(xué)習(xí)人員以分解35作為例子，完整演示了絕熱量子分解算法的整個過程，并以高保真度得到了問題的解。為了克服金剛石單自旋量子相干時間不夠長的問題，學(xué)習(xí)人員發(fā)展了核與電子雜化體系的優(yōu)化控制技術(shù)，提高了量子演化過程的保真度。這一優(yōu)化控制技術(shù)具有普適性，將可以應(yīng)用于其他自旋體系。
　　金剛石單自旋是目前極具潛力建造室溫固態(tài)量子計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)體系，該工作展示了在這一體系中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜量子算法的能力，向建造室溫固態(tài)量子計(jì)算機(jī)邁進(jìn)了重要一步。未來，利用金剛石中內(nèi)部自旋之間的耦合，或者通過NV色心自旋與光腔模式的耦合，有希望實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的量子計(jì)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的量子質(zhì)因數(shù)分解功能。
　　上述學(xué)習(xí)得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部和中科院的支持。
中國科大首次在室溫固態(tài)體系中實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)絕熱量子質(zhì)因數(shù)分解  |  責(zé)任編輯：蟲子
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