記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，這所學(xué)校微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室杜江峰教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組和香港中文大學(xué)劉仁保教授合作，通過電子自旋共振實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在國際上首次通過固態(tài)體系實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦，極大地提高了電子自旋相干時(shí)間。這個(gè)成果發(fā)表在10月29日出版的《自然》上，被評(píng)價(jià)為是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的重要一步。

　　將量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算是人類的一大夢(mèng)想。量子計(jì)算的本質(zhì)就是利用量子的相干性。而在現(xiàn)實(shí)中，由于環(huán)境不可避免地會(huì)對(duì)量子系統(tǒng)發(fā)生耦合干擾，使量子的相干性隨時(shí)間衰減，發(fā)生消相干，使得計(jì)算任務(wù)無法完成。因此，為了使量子計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)，一個(gè)首要急需解決的問題就是克服消相干。

　　杜江峰教授介紹，以分解500位的自然整數(shù)為例，目前最快的計(jì)算機(jī)需要用幾十億年才能完成。而用量子計(jì)算機(jī)，同樣的重復(fù)頻度，一分鐘就可以解決。但量子計(jì)算如同人類思考問題，也需要一定時(shí)間，其時(shí)間長(zhǎng)短取決于量子的相干性。相干性保持時(shí)間越長(zhǎng)，量子計(jì)算機(jī)就可以處理復(fù)雜程度更高、難度更大的信息。因此，提高量子相干性，對(duì)提高量子計(jì)算機(jī)的能力十分關(guān)鍵。

　　為了保持量子相干性，物理學(xué)家提出了很多種方法。其中，最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦是最有效的方法之一。杜江峰教授說，最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦方法就是通過一串精心設(shè)計(jì)的微波脈沖直接作用于自旋電子，讓自旋電子反復(fù)翻轉(zhuǎn)，“感受”到的外力上下翻轉(zhuǎn)，消去電子自旋與環(huán)境中核自旋之間的耦合，保護(hù)電子自旋的量子相干性。

　　經(jīng)過多年努力，杜江峰研究小組在科技部、國家基金委、中國科學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的大力支持下，于今年4月成功建立了目前國內(nèi)唯一可以同時(shí)操控電子和核自旋的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，他們第一次在真實(shí)固態(tài)體系中開展獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)動(dòng)力學(xué)解耦方案。研究人員用最多7個(gè)微波脈沖把一種叫丙二酸的材料里的電子自旋的相干時(shí)間從不足二千萬分之一秒提高到了近三萬分之一秒，這個(gè)時(shí)間已經(jīng)能夠滿足一些量子計(jì)算任務(wù)的需要。他們的研究顯示，即使在常溫下，這樣的方案也是可以工作的，這為用固態(tài)材料研制出能在室溫下使用的量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

　　研究人員認(rèn)為，一旦實(shí)際固態(tài)體系的各種退相干機(jī)制被人們所完全了解，高精度的相干控制將更加容易，距離量子計(jì)算機(jī)的真正實(shí)現(xiàn)也不再遙遠(yuǎn)。