现代社会需要强大安全可靠的信息处理能力。基于量子物理原理的量子计算提供自动并行计算，并行程度随着比特数目按照指数函数形式爆炸式增长，因而它具有经典计算机无法比拟的计算能力和安全性能。实现量子计算机是当前世界各国竞争的一个科技制高点。
常温固态系统具有可规模化和可集成化的优点，它为经典计算机提供硬件技术基础，也是实现量子计算机的理想系统。然而，常温固态系统具有很强的噪声，与经典计算不同的是，量子计算对噪声的影响异常敏感，因此抗噪成为实现量子计算机的核心问题。清华大学交叉信息研究院的段路明教授研究组首次在常温固态系统中实现了抗噪的几何量子计算，该成果的研究论文《利用固态自旋实验实现普适几何量子逻辑门》于2014年10月发表在国际著名期刊《自然》上。该论文的第一作者祖充是交叉信息院在读博士研究生，其他作者包括该院博士研究生王玮彬、王飞，博士后何丽，以及本科生张文纲、戴澄宇等。
为了更好地抵御噪声的影响，段路明研究组首次在常温固态金刚石系统中，实验实现了一种新型的量子计算——几何量子计算。量子态的演化被映射为一个几何体在高维空间的变换，几何变换具有整体性的特点，噪声的起伏被平均化，因此几何量子计算的抗噪性能明显提高。金刚石虽然光彩夺目，但显微镜下细看总有一些微小的光学缺陷，缺陷周围会束缚一个电子自旋和一些核自旋，这些单电子自旋和核自旋提供了实现量子计算的理想物理载体——量子比特。通过一个巧妙的方案，段路明研究组利用激光、微波和射频波对金刚石样品中的这些量子比特进行几何调控，在常温下实现了高保真度的普适量子逻辑门，包括单比特的几何NOT，Hadamard，和Pi/8门操作，和两比特的几何Control-NOT操作。普适量子逻辑门是量子计算的单元，其组合即能实现任意的量子计算。
