現(xiàn)代社會需要強(qiáng)大安全可靠的信息處理能力,。基于量子物理原理的量子計(jì)算提供自動(dòng)并行計(jì)算,，并行程度隨著比特?cái)?shù)目按照指數(shù)函數(shù)形式爆炸式增長,，因而它具有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法比擬的計(jì)算能力和安全性能。實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)是當(dāng)前世界各國競爭的一個(gè)科技制高點(diǎn),。
常溫固態(tài)系統(tǒng)具有可規(guī)?；涂杉苫膬?yōu)點(diǎn)，它為經(jīng)典計(jì)算機(jī)提供硬件技術(shù)基礎(chǔ),，也是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的理想系統(tǒng),。然而，常溫固態(tài)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的噪聲,，與經(jīng)典計(jì)算不同的是,，量子計(jì)算對噪聲的影響異常敏感，因此抗噪成為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的核心問題,。清華大學(xué)交叉信息研究院的段路明教授研究組首次在常溫固態(tài)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了抗噪的幾何量子計(jì)算,，該成果的研究論文《利用固態(tài)自旋實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)普適幾何量子邏輯門》于2014年10月發(fā)表在國際著名期刊《自然》上。該論文的第一作者祖充是交叉信息院在讀博士研究生,，其他作者包括該院博士研究生王瑋彬,、王飛，博士后何麗,，以及本科生張文綱,、戴澄宇等。
為了更好地抵御噪聲的影響,，段路明研究組首次在常溫固態(tài)金剛石系統(tǒng)中,，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種新型的量子計(jì)算——幾何量子計(jì)算。量子態(tài)的演化被映射為一個(gè)幾何體在高維空間的變換,，幾何變換具有整體性的特點(diǎn),，噪聲的起伏被平均化,，因此幾何量子計(jì)算的抗噪性能明顯提高,。金剛石雖然光彩奪目,，但顯微鏡下細(xì)看總有一些微小的光學(xué)缺陷，缺陷周圍會束縛一個(gè)電子自旋和一些核自旋,，這些單電子自旋和核自旋提供了實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的理想物理載體——量子比特,。通過一個(gè)巧妙的方案，段路明研究組利用激光,、微波和射頻波對金剛石樣品中的這些量子比特進(jìn)行幾何調(diào)控,，在常溫下實(shí)現(xiàn)了高保真度的普適量子邏輯門，包括單比特的幾何NOT,，Hadamard,，和Pi/8門操作，和兩比特的幾何Control-NOT操作,。普適量子邏輯門是量子計(jì)算的單元,，其組合即能實(shí)現(xiàn)任意的量子計(jì)算。
