近日,，鄭州大學(xué)物理學(xué)院青年教師閆磊磊,、蘇石磊與中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院馮芒研究團(tuán)隊(duì)合作,，利用超冷離子實(shí)驗(yàn)平臺(tái),，設(shè)計(jì)和完成了基于非循環(huán)非絕熱的幾何量子邏輯門(mén)實(shí)驗(yàn),，在單個(gè)40Ca+離子層面上首次高精度地演示了這種普適的量子邏輯門(mén)同時(shí)具備的容錯(cuò)和快捷的優(yōu)良特性,，研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上,。精測(cè)院博士生章嘉偉,、鄭州大學(xué)閆磊磊老師和精測(cè)院博士生李加沖為文章的共同第一作者。鄭州大學(xué)蘇石磊,、精測(cè)院周飛和馮芒研究員為通訊作者,。

利用幾何相位完成的量子操作具有抵御局域噪聲的容錯(cuò)功能，多年來(lái)備受量子計(jì)算機(jī)研制者的關(guān)注,。在前期研究的基礎(chǔ)上,，研究團(tuán)隊(duì)文提出了一種新型的非循環(huán)非絕熱幾何量子計(jì)算（NNGQC）理論方案。該理論研究進(jìn)一步表明，如果能夠精確控制量子參數(shù)態(tài)沿著布洛赫球面的測(cè)地線(xiàn)演化,，基于非循環(huán)幾何相位的原則,，在不需要完成一個(gè)完整循環(huán)的條件下便可以非絕熱的方式實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的量子邏輯門(mén)，由此進(jìn)一步提升操作速度,，并能抑制退相干效應(yīng)的不良影響,。

在理論方案的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了針對(duì)兩個(gè)常用的單比特邏輯門(mén)的普適型量子操作,，在人為產(chǎn)生的三種誤差環(huán)境下實(shí)驗(yàn)比較了NNGQC,、常規(guī)的非絕熱幾何量子操作（NGQC）和常規(guī)動(dòng)力學(xué)操作（DQC）的執(zhí)行效果。針對(duì)設(shè)計(jì)的兩種普適量子操作,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰地顯示出NNGQC不僅可以節(jié)約操作時(shí)間,，而且保真度明顯高于其它兩種門(mén)操作，這種快捷且容錯(cuò)的特點(diǎn)在連續(xù)多次的操作中能展現(xiàn)出更為顯著的效果,，并且這種NNGQC操作也可以直接推廣到兩個(gè)量子比特的邏輯門(mén)操作中,，意味著將來(lái)有可能真正運(yùn)用于普適的量子計(jì)算操作。該項(xiàng)工作有助于加深對(duì)幾何位相和幾何量子操控的理解,，也將進(jìn)一步推動(dòng)量子信息科學(xué)的發(fā)展,。該項(xiàng)工作中所展示的同時(shí)提升量子邏輯操作的速度和精度的方案，可為量子計(jì)算機(jī)的研制提供新的思路,。

該研究得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于原子、離子與光子的少體關(guān)聯(lián)精密測(cè)量”,、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,、河南省自然科學(xué)基金和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.030502