中國(guó)科大杜江峰院士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。研究成果近日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　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，其之所以安全，是因?yàn)閷?duì)經(jīng)典計(jì)算而言，尚無有效的方法在合理的時(shí)間內(nèi)完成大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解。1994年，美國(guó)科學(xué)家PeterShor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，使原本用當(dāng)前最好的計(jì)算機(jī)也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。

　　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，自2012年英國(guó)一研究組實(shí)現(xiàn)21的質(zhì)因數(shù)分解以來，尚未有新突破。如何在更具實(shí)用前景的室溫固態(tài)體系中實(shí)現(xiàn)絕熱量子質(zhì)因數(shù)分解，此前仍然是學(xué)界的重大挑戰(zhàn)。

　　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。他們以分解35為例，完整演示了絕熱量子分解算法的整個(gè)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(shí)間不夠長(zhǎng)的問題，他們發(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，可以應(yīng)用于其他自旋體系。

　　金剛石單自旋是目前被認(rèn)為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，或者通過金剛石NV色心自旋與光腔模式的耦合，有望實(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。