近日，我院量子计算与量子传感研究小组在优化量子搜索算法方面取得新进展，相关成果以Robust three-qubit search algorithm in Rydberg atoms via geometric control为题，发表在国际知名物理类期刊《Physical Review A》上。论文第一作者为我院20级硕士研究生刘冰冰，指导教师为我院闫磊磊研究员和苏石磊副教授。

求解无序数据库搜索问题的量子搜索算法相对于经典算法有平方级别的加速，自问世以来得到了广泛的应用，如被用于求解最小值查找问题、量子动态规划及计算几何问题等。精确的单解量子搜索算法已经被提出，但多解目标态的精确搜索尚未被研究，文章首次提出了一种用多比特门精确实现多解三比特量子搜索算法的方案，除了单解目标态，该方案可以实现多解目标态的精确搜索。考虑到退相干的影响，我们的方案至少可以以99.8%的保真度搜索到目标态。多比特门的直接实现代替原有方案中单比特门和多比特门的组合大大缩短了我们的方案所用的时间，因此我们的方案对退相干误差具有更好的鲁棒性，此外，几何控制方案的结合可以进一步抑制系统误差的影响。

图1单解和多解目标态三量子比特搜索算法的线路图，其中的三量子比特门操作是直接实现的。

该方案主要有以下几个特点：(1)算法的实施过程更加简便，对于多解目标态的量子线路，一些复杂的量子逻辑操作可以被避免；(2)由于总的演化时间缩短了，该方案对系统退相干具有鲁棒性；(3)几何控制使该方案对系统误差更加鲁棒；(4)可以直接拓展到多解多量子比特搜索算法的精确实现。

图2(a)目标态为|111>的搜索算法的保真度随控制误差的变化，蓝色实线是我们的方案，黑色虚线是传统几何控制方案。(b)控制误差波动为0.05时，所有单解目标态的保真度，其中蓝色三角形是我们的方案，黑色菱形是传统几何控制方案。

图3 (a)目标态为|000>和(b) |001>的搜索算法的保真度随耗散率的变化，蓝色带三角形标记的实线是我们的方案，红色带菱形标记的是已有的算法方案。

该工作得到了国家自然科学基金面上项目、河南省自然科学基金面上项目和河南省重大科技专项的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.106.052610