量子计算机是一种功能强大的机器，它有可能比今天的传统计算机更快地解决复杂问题。研究人员目前正在研究量子计算的下一步:构建通用量子计算机。

这篇论文发表在杂志上自然通讯，报告了在电子或氮核上的几何自旋量子比特上的非绝热和非阿贝尔完整量子门的实验演示，为实现通用量子计算机铺平了道路。

几何相位是目前量子物理学中的一个关键问题。纯控制简并基态系统几何相位的完整量子门被认为是构建容错通用量子计算机的理想方法。几何相门或完整量子门已经在金刚石中的氮空位(NV)中心等量子系统中得到了实验证明。然而，以前的实验需要微波或光波来操纵非简并子空间，导致由于动态相位的不必要干扰而导致门保真度下降。

“为了避免不必要的干扰，我们在NV中心使用了三重态自旋量子的简并子空间来形成一个理想的逻辑量子比特，我们称之为几何自旋量子比特。该方法在低于10 K的温度下促进了快速和精确的几何栅极，并且栅极保真度受到辐射松弛的限制，”横滨国立大学教授，通讯作者Hideo Kosaka说。“基于这种方法，结合极化微波，我们成功地在室温下零磁场下操纵了金刚石中NV中心的几何相位。”

该小组还展示了一个双量子位完整门，通过操纵电子-核纠缠来显示普遍性。该方案提供了一个纯完整的门，而不需要能量间隙，这将引起动态相位干扰，降低门的保真度，从而能够精确和快速地控制长寿命的量子存储器，实现通用量子计算机和安全通信网络之间的量子中继器接口。