近日，我院在金刚石NV色心几何量子计算方面取得进展，相关成果以Parallel-path implementation of nonadiabatic geometric quantum gatesin a decoherence-free subspace with nitrogen-vacancy centers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21级博士研究生云梦茹，通讯作者为我院青年教师闫磊磊副研究员、苏石磊副教授和贾瑜教授。张元副教授和单崇新教授在金刚石NV色心能级量子态方面提供了宝贵的意见。文章中提出了一种在无消相干子空间实现非绝热几何量子计算的方案，该方案不仅可以有效抵制退相干效应，非绝热非循环内置的抗噪性进一步增强了方案的鲁棒性，Hadamard门的保真度和平均保真度分别可达到0.9992和0.9995。另外，在实现非平庸两比特量子逻辑门时一步实现了并行方案，大大缩短了计算中由退相干产生的误差，保真度和平均保真度分别可以达到0.9985和0.9998。

图1(a) N个金刚石中NV色心纳米晶体等距离地附着在固态石英微球腔的赤道。（b）每个NV色心的能级结构示意图。（c）非绝热非循环Hadamard门在Bloch球面上的几何示意图。

方案主要有以下特点：（1）计算基于NV色心系统，其相干时间长且在室温下可操作，是一种很有前景的量子计算实验平台；（2）逻辑门的实现始终在无消相干子空间，大大减少了由退相干产生的噪声；（3）非绝热非循环几何量子计算方案打破了传统几何计算方案循环演化条件的限制，大大减少了计算所需时间，进一步提高了方案的鲁棒性；（4）提出了并行演化路径的方案，在构建大角度两比特相位门时可节约一半计算时间。

图2（a）两比特量子逻辑门中态布居；（b）两比特量子逻辑门保真度；（c）两比特量子逻辑门平均保真度；（d）两比特量子逻辑门在不同退相和自发辐射率下的保真度；（e）在不同自发辐射率下两比特量子逻辑门的平均保真度。

论文链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.105.012611

该工作得到了国家自然科学基金委和河南省自然科学基金的支持。