近日，中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室杜江峰教授研究组在量子计算中抑制退相干，概率克隆以及量子模拟方向上取得新的进展。这三项工作获得了中国科学院、科技部重大科学研究计划和国家自然科学基金重点项目等的资助。
　　动力学解耦方法通过频繁的翻转电子自旋可以有效的抑制量子体系与环境之间的耦合，是目前抑制退相干的主要方法之一。在此前的进展中，所有实验工作均集中在单比特情形，研究了动力学解耦方法保持单比特信息的能力(Du, J., et. al., Nature, 461, 1265(2009), G. de Lange, et al. Science 330, 60 (2010) )。但是对于未来大尺度的量子计算而言，更为重要的是保持多比特体系的量子相干。为了在实验上成功的对动力学解耦方法进行扩展，在前面工作的基础上，研究人员选择了硅基半导体材料作为实验体系，通过微波和射频技术来分别对电子自旋和核自旋进行操控，他们制备出了两比特量子纠缠态，并发现由于与环境的耦合，纠缠态会很快的被破坏，其寿命时间只有0.4微秒。但是经过动力学解耦序列后，其寿命时间从最初的0.4微秒提高到了30微秒，审稿人评价该工作是原创的，新颖的和有意义的（原文：“The work is original, new and interesting. In particular, the work describes to my knowledge the first application of a dynamic decoupling sequence to an entangled state in a solid state spin system and observes experimentally an increase of the decoherence time by about two orders of magnitude.”）,该项成果发表在《美国物理评论快报》 [Phys. Rev. Lett. 106, 040501(2011)]上。 　　量子克隆主要分为两大类：近似克隆和概率克隆。前者通过幺正演化过程决定性的得到输入态的近似拷贝，而概率克隆则是在演化过后通过测量概率性的得到输入态的完美克隆。自从1996年Buzek在一篇关键性的论文中提出量子克隆机的模型以来，关于量子克隆的理论和实验研究一直是国际量子信息学领域研究的热点问题。目前，关于各种近似克隆的实验实现（包括普适克隆和phase-covariant克隆等）的报道很多，但由于实验挑战极大，一直都没有发现关于概率克隆的实验实现。杜江峰研究小组以中科大段路明和郭光灿教授提出的段-郭克隆机为理论模型，利用核磁共振量子模拟器实验演示了量子态的概率克隆过程。此概率克隆机可以将已知态集合中的任意量子态以最优的概率成功复制得到两个完美拷贝。实验结果与理论预期取得了非常好的吻合。该项工作对今后推动量子克隆领域尤其是概率克隆的理论和实验研究具有重要意义。该研究成果发表在《美国物理评论快报》 [Phys. Rev. Lett. 106, 180404 (2011)]上。 　　量子模拟的概念于1982年由诺贝尔物理学奖得主费曼教授提出，旨在利用量子计算机直接模拟符合量子力学规律的各种行为。目前，该方向被认为是短期内最有希望超越经典计算机能力的方向。杜江峰研究组作为国际上实验实现量子模拟的先驱者之一，已在该领域完成众多的实验工作。近两年在量子化学的量子模拟上取得了实验突破。作为去年的工作“氢分子的基态能级模拟” [Phys. Rev. Lett. 104, 030502(2010)]的延续，研究人员将模拟静态的基态能级成功拓展到更加复杂的动态化学反应，实验实现了化学反应动力学的量子模拟。研究人员选取了量子化学上非常重要的异构反应作为示例，将该化学反应涉及到的动能，势能，外加驱动场等各个要素全部在核磁共振量子计算机上完美重现，并利用该组成熟的成型脉冲技术，最终成功实现了该动力学反应的量子模拟。该工作无疑对今后的量子模拟和量子化学的相关研究具有重要意义，相关成果发表在《美国物理评论快报》 [Phys. Rev. Lett. 107, 020501 (2011)]上。