我系寇谡鹏教授在拓扑量子计算领域取得重要进展

—拓扑序的量子隧道效应和拓扑量子计算

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行逻辑运算、存储及处理量子信息的新一代计算机。量子计算机具有经典计算机无法相比的计算能力和计算速度，有望解决经典计算机难以解决的重要问题。目前已经提出的量子计算方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、核自旋共振、量子点操纵和超导量子干涉等。量子计算的基本要求是对纠缠的量子态进行幺正操作，但是要使量子计算成为现实，一个核心问题就是克服退相干以保持量子相干性。作为经典纠错码的类比，量子纠错码是研究的最多的一类编码，但它的缺点是效率不高。自从1997年Kitaev年提出的拓扑自纠错概念以来，拓扑量子计算就备受关注。这是一种不同于量子纠错码的计算方案，它利用量子体系的拓扑属性进行量子计算，使执行的量子操作具有天生的自纠错功能。目前这方面的研究主要集中在“非阿贝尔任意子方案”, 如5/2分数量子霍尔效应等系统中。该方案运用了非阿贝尔任意子特殊的对易关系、聚合关系及其它拓扑属性进行拓扑量子计算。 最近，北京师范大学物理系寇谡鹏教授在此方面的研究工作取得了重要进展。基于“可控拓扑序”的量子隧道效应，提出了一套新的拓扑量子计算方案。该方案的基本思想是：通过独立调控不同元激发的动力学来控制拓扑序简并基态之间的量子隧道效应，从而实现拓扑量子计算，包括拓扑简并基态的制备、操作以及测量。该工作对于拓扑序这类新奇量子态的认识和调控有重要意义。这一研究成果已发表在2009年3月27日出版的PHYS REV LETT （S.P. Kou, PRL, 102, (2009) 120402）上。相关研究得到国家自然科学基金委员会、教育部的支持。 附：拓扑序是一类稳定的新奇量子态，所有元激发都有能隙。其基态具有刚性的的拓扑属性：拓扑简并基态、手征边缘态、拓扑熵。 “可控拓扑序”具有“可控的元激发”：如元激发的能隙、色散关系可以通过外场加以控制。

物理系       2009年04月07日