RSA密鑰體系是當(dāng)今普遍使用的加密方式，因為對經(jīng)典計算而言，尚無有效的方法在合理時間內(nèi)完成大數(shù)的質(zhì)因數(shù)分解。1994年，美國科學(xué)家Peter Shor提出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，原本用最好超級計算機也需要上萬年才能完成的計算任務(wù)，量子計算機瞬間即能完成。
但是，Shor算法基于傳統(tǒng)量子線路模式，實驗難度太大。近年來，杜江峰課題組采用絕熱量子計算這一新型的量子計算模式進行量子質(zhì)因數(shù)分解研究，在液體核磁共振實驗體系中先后實現(xiàn)21和143的量子質(zhì)因數(shù)分解，創(chuàng)造了當(dāng)時量子質(zhì)因數(shù)分解的紀錄。但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，仍然是學(xué)界的重大挑戰(zhàn)。
日前，杜江峰課題組首次在室溫大氣條件下實現(xiàn)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(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(fù)雜量子算法的能力，向建造室溫固態(tài)量子計算機邁進重要一步。
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。
杜江峰，中國科學(xué)院院士，研究領(lǐng)域是量子信息和量子物理學(xué)；在量子計算研究領(lǐng)域取得重大突破，先后實現(xiàn)當(dāng)前最高精度水平的抗噪聲固態(tài)自旋量子控制和時間最優(yōu)量子控制，控制精度達到了容錯量子計算的閾值，為今后實現(xiàn)大規(guī)模、實用化的容錯量子計算奠定了重要基礎(chǔ)。
