中國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《物理評論快報》上。

　　RSA密鑰體系是當今金融、網(wǎng)絡等領域普遍使用的加密方式，其之所以安全，是因為對經(jīng)典計算而言，尚無有效的方法在合理的時間內(nèi)完成大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解。1994年，美國科學家PeterShor提出了基于量子計算機的質(zhì)因數(shù)分解算法，即著名的Shor算法，從理論上證明量子計算機可以指數(shù)加速大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解，使原本用當前最好的計算機也需要上萬年才能完成的計算任務，量子計算機瞬間即能完成。

　　但是，Shor算法基于傳統(tǒng)的量子線路模式，由于實驗難度太大，自2012年英國一研究組實現(xiàn)21的質(zhì)因數(shù)分解以來，尚未有新突破。如何在更具實用前景的室溫固態(tài)體系中實現(xiàn)絕熱量子質(zhì)因數(shù)分解，此前仍然是學界的重大挑戰(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間不夠長的問題，他們發(fā)展了核與電子雜化體系的優(yōu)化控制技術，提高了量子演化過程的保真度。這一優(yōu)化控制技術具有普適性，可以應用于其他自旋體系。

　　金剛石單自旋是目前被認為極具潛力建造室溫固態(tài)量子計算機的實驗體系，該工作展示了在這一體系中實現(xiàn)復雜量子算法的能力，向建造室溫固態(tài)量子計算機邁進了重要一步。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，有望實現(xiàn)可擴展的量子計算系統(tǒng)，實現(xiàn)實用化的量子質(zhì)因數(shù)分解功能。