近日，鄭州大學物理學院青年教師閆磊磊、蘇石磊與中國科學院精密測量科學與技術創新研究院馮芒研究團隊合作，利用超冷離子實驗平臺，設計和完成了基于非循環非絕熱的幾何量子邏輯門實驗，在單個40Ca+離子層面上首次高精度地演示了這種普適的量子邏輯門同時具備的容錯和快捷的優良特性，研究成果發表在《物理評論快報》上。精測院博士生章嘉偉、鄭州大學閆磊磊老師和精測院博士生李加沖為文章的共同第一作者。鄭州大學蘇石磊、精測院周飛和馮芒研究員為通訊作者。

利用幾何相位完成的量子操作具有抵御局域噪聲的容錯功能，多年來備受量子計算機研制者的關注。在前期研究的基礎上，研究團隊文提出了一種新型的非循環非絕熱幾何量子計算（NNGQC）理論方案。該理論研究進一步表明，如果能夠精確控制量子參數態沿著布洛赫球面的測地線演化，基于非循環幾何相位的原則，在不需要完成一個完整循環的條件下便可以非絕熱的方式實現容錯的量子邏輯門，由此進一步提升操作速度，并能抑制退相干效應的不良影響。

在理論方案的基礎上，研究團隊設計了針對兩個常用的單比特邏輯門的普適型量子操作，在人為產生的三種誤差環境下實驗比較了NNGQC、常規的非絕熱幾何量子操作（NGQC）和常規動力學操作（DQC）的執行效果。針對設計的兩種普適量子操作，實驗結果清晰地顯示出NNGQC不僅可以節約操作時間，而且保真度明顯高于其它兩種門操作，這種快捷且容錯的特點在連續多次的操作中能展現出更為顯著的效果，并且這種NNGQC操作也可以直接推廣到兩個量子比特的邏輯門操作中，意味著將來有可能真正運用于普適的量子計算操作。該項工作有助于加深對幾何位相和幾何量子操控的理解，也將進一步推動量子信息科學的發展。該項工作中所展示的同時提升量子邏輯操作的速度和精度的方案，可為量子計算機的研制提供新的思路。

該研究得到科技部國家重點研發計劃項目“基于原子、離子與光子的少體關聯精密測量”、國家自然科學基金項目、河南省自然科學基金和廣東省重點領域研發計劃重大專項項目的資助。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.030502