Forskare har visat holonomiska kvantportar under nollmagnetiskt fält vid rumstemperatur, vilket skulle möjliggöra förverkligandet av snabba och feltoleranta universella kvantdatorer.

En kvantdator är en teoretisk maskin med potential att lösa komplexa problem mycket snabbare än konventionella datorer. Forskare arbetar för närvarande med nästa steg i kvantberäkningen - att bygga en universell kvantdator.

Pappret, publicerad i tidningen Naturkommunikation , rapporterar experimentell demonstration av icke-adiabatiska och icke-abeliska holonomiska kvantportar över en geometrisk snurrkvbit på en elektron- eller kvävekärna, som banar väg för att förverkliga en universell kvantdator.

Den geometriska fasen är för närvarande en nyckelfråga inom kvantfysik. En holonomisk kvantport som rent manipulerar den geometriska fasen i det urartade marktillståndssystemet tros vara ett idealiskt sätt att bygga en feltolerant universell kvantdator. Den geometriska fasporten eller den holonomiska kvantporten har demonstrerats experimentellt i flera kvantsystem, inklusive kväve-vakans (NV) centra i diamant. Dock, tidigare experiment krävde mikrovågor eller ljusvågor för att manipulera det icke-degenererade delrummet, vilket leder till försämring av gate -trohet på grund av oönskad störning av den dynamiska fasen.

"För att undvika oönskade störningar, vi använde ett degenererat delutrymme för triplettspinnet qutrit för att bilda en idealisk logisk qubit, som vi kallar en geometrisk snurrqubit, i ett NV -center. Denna metod underlättade snabba och exakta geometriska grindar vid en temperatur under 10 K, och portens trohet begränsades av strålande avslappning, "säger motsvarande författare professor Hideo Kosaka vid Yokohama National University." Baserat på denna metod, i kombination med polariserade mikrovågor, vi lyckades manipulera den geometriska fasen i ett NV-centrum i diamant under ett nollmagnetiskt fält vid rumstemperatur. "

Gruppen demonstrerade också en två-qubit holonomisk grind för att visa universalitet genom att manipulera elektronkärnan intrassling. Schemat ger en rent holonomisk grind utan att det krävs ett energigap, vilket skulle ha inducerat dynamisk fasinterferens för att försämra grindens trohet, och därmed möjliggör snabb, exakt kontroll över långlivat kvantminne, ett steg mot att förverkliga kvantrepetrar som gränssnitt mellan universella kvantdatorer och säkra kommunikationsnätverk.