开放量子体系中的量子控制研究及其相关量子计算任务应用

The inevitable dissipation of quantum information towards environment restricts the progress of quantum computation research. Therefore, it is a great challenge and critical mission to overcome quantum decoherence brought about by dissipation. Targeting at magnetic resonance spin system, this program will conduct research from both theory and experiment to tackle key issues of establishing models of open quantum systems and achieving active control. On one hand, we will combine the existing relaxation theory of spin system and control theory in open quantum system to experimentally realize manipulating quantum states and modulating quantum evolution under noise environment, which will lay groundwork for accurate quantum control. On the other hand, we will apply the control technology to quantum computation so as to realize multi-quibit tasks such as quantum algorithm and quantum simulation.Our program research will lay a solid foundation for quantum computation with high fidelity..

量子信息向环境不可避免的耗散严重制约着量子计算的研究进程，怎样克服耗散带来的消相干问题是量子调控领域的重大挑战和核心任务。本项目以磁共振自旋体系为研究对象，针对如何对开放量子系统建立模型并实现主动控制的关键问题，从实验和理论两方面进行研究。一方面，结合已有的自旋体系的弛豫理论和开放量子系统的控制理论，实验实现噪声环境下的量子态的操控和量子演化轨迹的调制，为精确量子调控奠定基础。另一方面，将发展的控制技术应用到量子计算中，实现多量子比特的量子算法和量子模拟任务等。本项目的研究，为实现高保真度量子计算打下坚实基础。

量子信息向环境不可避免的耗散严重制约着量子计算的研究进程，怎样克服耗散带来的消相干问题是量子调控领域的重大挑战和核心任务。本项目以磁共振自旋体系为研究对象，针对如何对开放量子系统建立模型并实现主动控制的关键问题，从实验和理论两方面进行研究。.通过本项目的研究，我们完成了一系列核磁共振样品的制备和表征，解决了开放系统量子控制中的关键科学问题，发展和完善了多自旋体系的优化脉冲程序，开发了新型量子控制技术，如量子-经典杂化量子控制和环境辅助的量子控制等，实现了对噪声环境中自旋系统的高精度量子控制，为多比特实验奠定了坚实的基础；基于发展的控制技术，进一步完成诸多量子计算和量子模拟任务，对凝聚态物理学和大数据处理领域的重要科学问题进行了实验探索，如拓扑相的识别、李扬零点观测、压缩量子模拟以及量子图像处理等，取得了一系列的具有国际领先水平的研究成果。.