中科大在室温固态体系中实现绝热量子质因数分解

本报讯（记者杨保国）中国科大杜江峰课题组利用金刚石中的自旋作为量子处理器，首次在室温大气条件下实现了基于固态单自旋体系的质因数分解量子算法。研究成果近日发表在《物理评论快报》上。

美国科学家Peter Shor提出了基于量子计算机的质因数分解算法，即Shor算法，从理论上证明量子计算机可以指数加速大数的质因数分解。该算法的提出极大地推动了量子计算的研究进程。

但Shor算法基于传统的量子线路模式，由于实验难度太大，自2012年英国一研究组实现21的质因数分解以来，尚未有新突破。近年来，杜江峰课题组采用绝热量子计算进行量子质因数分解研究，在液体核磁共振实验体系中先后实现了21和143的量子质因数分解，创造了当时量子质因数分解的纪录。但如何在更具实用前景的室温固态体系中实现绝热量子质因数分解，仍然是学界的重大挑战。

近日，该课题组利用金刚石中的自旋作为量子比特，首次在室温大气条件下实现了基于固态单自旋体系的量子分解算法。他们以分解35为例，完整演示了绝热量子分解算法的整个过程，并以高保真度得到了问题的解。为了克服金刚石单自旋量子相干时间不够长的问题，他们发展了核与电子杂化体系的优化控制技术，提高了量子演化过程的保真度。这一优化控制技术具有普适性，可以应用于其他自旋体系。

该工作展示了在金刚石单自旋中实现复杂量子算法的能力，向建造室温固态量子计算机迈进了重要一步。未来，利用金刚石中内部自旋之间的耦合，或者通过金刚石NV色心自旋与光腔模式的耦合，有望实现可扩展的量子计算系统，实现实用化的量子质因数分解功能。