《Physics Reports》是物理学最具影响力的期刊之一，该刊年出版52期，每期发表1篇论文。近期，北京量子信息科学研究院（简称“量子院”）量子算法团队助理研究员张江与国际同行合作，系统阐述了从绝热几何量子计算向非绝热和乐量子计算发展的研究历程和重要理论与实验进展，相关论文以“Geometric and Holonomic Quantum Computation”为题于2023年8月2日发表在《Physics Reports》上。

图1 文章封面截图

实现高精度量子门是提升量子计算机算力的基础，但是来自环境和操控的噪声影响量子比特的操控精度，因此克服噪声影响、实现抗噪声量子计算是量子信息科学的重要研究课题。几何相具有仅依赖于量子系统的演化路径而与演化细节无关的特性，因此基于几何相的量子计算具有抗噪声性。

作者及其合作者提出的基于非绝热非阿贝尔几何相的量子计算，即非绝热和乐（holonomy音译）量子计算，由于其不受绝热条件的限制，兼具全几何性和可快速实现的优点，引起了人们的广泛关注。经过十余年的发展，非绝热和乐量子计算理论和实验都取得了很大的进展，从两步方案发展到一步方案，从基础方案发展到多重相干保护的优化方案。基于核磁共振、离子阱、超导线路、金刚石色心和里德堡原子等各类物理系统的实验方案先后被提出，数十个发表在顶级期刊的实验工作证实了理论的可行性。

图2 利用沿测地线演化的方法实现几何量子门的几种方案。

图3 利用三能级体系实现非绝热和乐量子门的能级结构和控制方式。

该长篇综述论文的第一作者为量子院量子算法团队助理研究员张江，合作者包括来自中国、加拿大、德国、瑞典、新加坡等国家的6位学者。研究工作得到了国家自然科学基金委项目支持。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157323002065