强耦合体系量子操控技术的实验研究

固态量子计算是未来量子计算发展的重要方向，而固态核磁共振体系多为强耦合作用系统。强耦合体系由于其相互耦合作用强，实现量子逻辑门操作时间比弱耦合体系要短，可以在相同的退相干时间内实现更为复杂量子计算。但是强耦合系统的系统哈密顿量的形式以及随时间的演化要更为复杂，因此无论是系统哈密顿量的解析以及操控和读出相对于液体（弱耦合）系统都复杂的多。本项目将对强耦合核磁共振体系的量子操控的实验技术展开研究，掌握在强耦合系统中实现量子调控的关键脉冲技术，结合如动力学去耦、绝热量子计算、量子纠错码等多种理论方案，以及多脉冲去耦技术和交叉极化等多种实验技术手段，通过理论计算与实验验证相结合的方法，探索其中的动力学机制，实现高精度的量子逻辑门，并以此实现一些复杂量子计算和量子模拟任务演示。

在项目的执行期间，我们利用磁共振技术为实验手段，发展了如强调制脉冲方法、绝热量子演化等优化控制手段控制手段，实现对多自旋、强耦合量子体系的高精度的量子操控。并利用发展的优化控制技术，完成了3/2自旋四极核自旋液晶量子体系的赝纯态制备，实现量子概率克隆过程的实验演示，利用量子退火方法绝热过程演化实验实现旅行商问题求解， 构建量子模拟器完成量子化学动力学过程的模拟等一系列研究工作。项目研究进展顺利，研究成果发表在国际权威物理期刊《Physical Review Letters》、《Physical Review A》等杂志上，并参与了关于量子化学模拟实验研究的综述文献的撰写。研究成果获2012年度教育部自然科学一等奖（第四完成人）。