近日，郑州大学物理学院青年教师闫磊磊、苏石磊与中国科学院精密测量科学与技术创新研究院冯芒研究团队合作，利用超冷离子实验平台，设计和完成了基于非循环非绝热的几何量子逻辑门实验，在单个40Ca+离子层面上首次高精度地演示了这种普适的量子逻辑门同时具备的容错和快捷的优良特性，研究成果发表在《物理评论快报》上。精测院博士生章嘉伟、郑州大学闫磊磊老师和精测院博士生李加冲为文章的共同第一作者。郑州大学苏石磊、精测院周飞和冯芒研究员为通讯作者。
利用几何相位完成的量子操作具有抵御局域噪声的容错功能，多年来备受量子计算机研制者的关注。在前期研究的基础上，研究团队文提出了一种新型的非循环非绝热几何量子计算（NNGQC）理论方案。该理论研究进一步表明，如果能够精确控制量子参数态沿着布洛赫球面的测地线演化，基于非循环几何相位的原则，在不需要完成一个完整循环的条件下便可以非绝热的方式实现容错的量子逻辑门，由此进一步提升操作速度，并能抑制退相干效应的不良影响。
在理论方案的基础上，研究团队设计了针对两个常用的单比特逻辑门的普适型量子操作，在人为产生的三种误差环境下实验比较了NNGQC、常规的非绝热几何量子操作（NGQC）和常规动力学操作（DQC）的执行效果。针对设计的两种普适量子操作，实验结果清晰地显示出NNGQC不仅可以节约操作时间，而且保真度明显高于其它两种门操作，这种快捷且容错的特点在连续多次的操作中能展现出更为显著的效果，并且这种NNGQC操作也可以直接推广到两个量子比特的逻辑门操作中，意味着将来有可能真正运用于普适的量子计算操作。该项工作有助于加深对几何位相和几何量子操控的理解，也将进一步推动量子信息科学的发展。该项工作中所展示的同时提升量子逻辑操作的速度和精度的方案，可为量子计算机的研制提供新的思路。
该研究得到科技部国家重点研发计划项目“基于原子、离子与光子的少体关联精密测量”、国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金和广东省重点领域研发计划重大专项项目的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.030502