物理学拔尖基地2018级本科生梁铭杰，利用动力学修正技术在几何量子计算领域开展研究。7月6日，相关成果以“Robust nonadiabatic geometric quantum computation by dynamical correction”为题，在线发表于物理学国际权威期刊《Physical Review A》。我校本科生梁铭杰为第一作者，其指导老师薛正远研究员为通讯作者，华南师范大学为第一单位。
过去几十年，随着半导体行业的飞速发展，构成计算机的基本元器件的尺寸也逐渐趋近原子尺度，高度集成的芯片中存在热耗散问题和不可避免的量子效应。为了解决上述困难，人们将目光投向了构建具有更强运算能力，基于量子力学原理运行的量子计算机。然而，通过操作量子态来实现的量子计算，仍有着许多问题有待解决。首先，量子系统与其周围环境存在不可避免的相互作用，这将会导致量子态失去相干性。其次，量子操作本身也会给量子系统带来不可避免的影响， 进而产生量子操作的误差。因此，实现高保真度和强鲁棒的通用量子门操作是实现大规模容错量子计算的关键。
本研究主要利用的非绝热几何相位固有的对噪声鲁棒的特性，同时还具有快速演化的性质，使它成为构造高性能量子门的一个好的选择，即所谓的非绝热几何量子计算。但是，以前的单圈循环演化方案对操作控制误差非常敏感。因此，结合动力学修正技术，研究团队提出了一个的提高几何量子操作鲁棒性的方案，如图所示。该方案只使用简化的脉冲控制，因此有利于在实际物理体系中的实验实现。同时，为了抵抗集体退相噪声的影响，团队引入了抗消相干子空间的编码。这样，团队的方案可以对量子操控过程中两种类型的错误都具有鲁棒性。最后，团队还提出了如何在超导量子电路体系实现他们的编码方案。
单圈循环方案中具有(a)和不具有操作误差(b)的演化路径，由于操作误差的存在，体系的动力学过程将不再能够满足循环条件。该方案中具有(c)和不具有(d)操作误差的演化路径，通过动力学纠正计算，即使存在操作误差，体系仍能够实现循环演化。总之，基于几何相位固有的鲁棒性，研究团队的方案为未来可扩展的容错量子计算提供了另一个很有希望的选择。
研究得到国家自然科学基金、广东省重点实验室、广东大学生“攀登计划”专项基金的资助。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.106.012603
作者/通讯员:薛正远 | 来源:物理与电信工程学院 | 编辑:杨柳青
