郑大杜江峰 中国科大杜江峰教授实现大数分解的绝热量子算法
近日,中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室杜江峰教授领导的课题组首次提出了基于绝热量子计算的质因子分解算法,并成功地在实验中用该算法实现了迄今为止最大的数字分解。这一研究成果发表在11月28日出版的国际物理学期刊《物理评论快报》上,审稿人认为,这一研究是量子计算的重要进展。
绝热量子计算是量子计算领域的新模式,传统的量子计算模式基于离散的量子逻辑门来实现,而绝热量子计算通过连续变化的哈密顿量来驱使系统演化到特定的状态,从而得到问题的答案。绝热量子计算特别适合处理组合优化问题,同时它的抗退相干的能力十分突出,具有强的容错能力,因此有着重要的应用前景,受到了学术界的普遍重视,甚至得到了工业界人士的关注。
基于传统的量子计算模式的量子Shor算法可以快速分解出大数的质因子,使得量子计算机能够破解目前广泛使用的密码如RSA公钥加密系统。但Shor算法使用了大量的计算资源以至于很难在实验上实现,迄今为止实验上使用Shor算法分解的最大数是15。
中国科大杜江峰教授领导的课题组首次提出了用于大数分解的绝热量子算法,并利用该新算法首次在实验上实现了21的分解,所使用的量子比特数不到Shor算法分解15所使用的比特数的一半,而且实验中分解时间更快。杜江峰教授介绍,尽管无法严格证明新算法的时间复杂度,在有限的数值模拟中新算法有着与Shor算法类似的效率。
另悉,绝热量子计算的直接物理依据是量子力学中的绝热定理,因此对绝热量子算法的研究依赖于绝热定理的成立条件。2004年,加拿大的研究小组对绝热定理自洽性提出了质疑,从而引发了一系列的相关的理论探索。在这种对基本定理存在争议的情况下,实验的研究无疑是最有说服力的。因此杜江峰课题组通过控制磁场中的核自旋的演化,首次在实验上发现了绝热定理成立条件的非充分必要性,相关研究成果发表在今年8月8日出版的《物理评论快报》上。
上述研究成果得到了科技部、国家基金委和中国科学院的大力支持,同时也标志着中国科大在量子信息科学的研究领域已处于世界同类研究工作的前列。
