量子计算机是一种功能强大的机器，有可能比现在的传统计算机更快地解决复杂问题。研究人员目前正致力于量子计算的下一步：构建通用量子计算机。
发表在Nature Communications杂志上的论文，报道了在电子或氮原子核上的几何自旋量子比特上的非绝热(non-adiabatic)和非阿贝尔(non-abelian)完整量子门的实验证明，这为实现通用量子计算机铺平了道路。
几何相位目前是量子物理学中的一个关键问题。在退化基态系统中，完整量子门纯粹操纵几何相位被认为是构建容错通用量子计算机的理想方法。几何相位门或完整量子门已经在几个量子系统中进行了实验证明，包括金刚石中的氮空位(NV)中心。然而，先前的实验需要微波或光波来操纵非退化子空间(non-degenerate subspace)，由于动态相多余的干扰(unwanted interference)导致门保真度(gate fidelity)的降低。
“为了避免多余的干扰，我们使用三重自旋三态粒子(qutrit)的退化子空间(degenerate subspace)在NV中心形成一个理想的逻辑量子比特，我们称之为几何自旋量子比特。这种方法可以在低于10K的温度下实现快速精确的几何门，并且门的保真度受到辐射弛豫(radiative relaxation)的限制。”横滨国立大学教授Hideo Kosaka说。“基于这种方法，结合极化微波，我们成功地在室温下的零磁场下操纵金刚石中NV中心的几何相位。”
该小组还展示了一个双量子比特的完整门，通过操纵电子-原子核纠缠来显示普遍性。该方案呈现了纯粹的完整门，不需要能隙，这会引起动态相位干扰降低门保真度，从而能够精确快速地控制长寿命量子存储器，实现量子中继器在通用量子计算机和安全通信网络之间的接口连接。
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