奇异粒子可以搞定量子计算机的错误问题？
发布时间：2023-05-31 10:21:27 所属栏目：外闻 来源：
导读：意大利贵族博罗梅奥家族的徽章中含有令人不安的标志:排列着三个可以拉开的互锁环,却不包含任何联结的对。
同样的三向联系是量子物理学中最令人垂涎的现象之一的明确标志 - 现在已经首次被观察到。研究人员使用量子
同样的三向联系是量子物理学中最令人垂涎的现象之一的明确标志 - 现在已经首次被观察到。研究人员使用量子
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意大利贵族博罗梅奥家族的徽章中含有令人不安的标志:排列着三个可以拉开的互锁环,却不包含任何联结的对。 同样的三向联系是量子物理学中最令人垂涎的现象之一的明确标志 - 现在已经首次被观察到。研究人员使用量子计算机来创建虚拟粒子并将它们四处移动，以便它们的路径形成 Borromean 环模式。 这些奇异粒子被称为非阿贝尔任意子，简称非阿贝尔，它们的博罗米环仅作为量子计算机内部的信息存在。但它们的连接特性可能有助于使量子计算机更不容易出错，或者更“容错”——这是使它们的性能甚至优于最好的传统计算机的关键一步。该结果在 5 月1 日9 日的预印本中披露，是在科罗拉多州布鲁姆菲尔德的量子计算公司 Quantinuum 的一台机器上获得的，该公司由霍尼韦尔的量子计算部门与一家初创公司合并而成，总部设在英国剑桥。 “这是实现容错量子计算的可靠途径，”Quantinuum 总裁兼首席运营官 Tony Uttley 说。 其他研究人员对虚拟 nonabelions 彻底改变量子计算的潜力不太乐观，但创造它们本身被视为一项成就。英国牛津大学理论物理学家史蒂文西蒙说：“这种物理系统具有巨大的数学美感，在很长一段时间后首次实现它们真是令人难以置信。” 篮子编织甜甜圈 在实验中，德国慕尼黑 Quantinuum 办公室的物理学家 Henrik Dreyer 和他的合作者使用了该公司最先进的机器 H2，它有一个芯片，可以产生电场，将镱元素的 32 个离子捕获在其表面上方. 每个离子都可以编码一个量子位，一个量子计算单位，可以像普通位一样为“0”或“1”，但也可以同时叠加两种状态。 Quantinuum 的方法有一个优势：与大多数其他类型的量子比特相比，陷阱中的离子可以四处移动并相互作用，这就是量子计算机执行计算的方式。 物理学家利用这种灵活性创造了一种异常复杂的量子纠缠形式，其中所有 32 种离子共享相同的量子态。通过设计这些相互作用，他们创造了一个虚拟的纠缠晶格，具有 kagome 的结构——日本篮子编织中使用的一种图案，类似于六角星的重复重叠——折叠形成一个甜甜圈形状。纠缠态代表了虚拟二维宇宙的最低能量状态——本质上，这些状态根本不包含任何粒子。但是通过进一步的操作，kagome 可以进入兴奋状态。这些对应于应该具有 nonabelions 属性的粒子的外观。 为了证明激发态是非原子态，该团队进行了一系列测试。最具决定性的一个包括移动激发态以创建虚拟的 Borromean 环。Dreyer 说，通过在手术期间和之后测量离子的状态，可以确认图案的出现。 “没有两个粒子相互环绕，但它们都联系在一起，”马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的理论物理学家、该论文的合著者 Ashvin Vishwanath 说。“这真的是一种令人惊奇的物质状态，我们在任何其他设置中都没有非常清楚地意识到这一点。” 印第安纳州西拉斐特普渡大学的实验物理学家迈克尔·曼弗拉 (Michael Manfra) 表示，虽然结果令人印象深刻，但 Quantinuum 机器并没有真正创造出非原子粒子，而只是模拟了它们的一些特性。但作者表示，粒子的行为满足定义，并且出于实际目的，它们仍然可以构成量子计算的基础。 量子谱系 与 Borromeo 先生的家族一样，nonabelions 在经典物理和高等数学研究方面都有自己的传奇的谱系，包括获得多项诺贝尔奖和菲尔兹奖的工作。Nonabelions 是一种任意子，一种只能存在于二维宇宙或物质被困在二维表面的情况下的粒子——例如两种固体材料的界面。 Anyons 违背了物理学家最珍视的假设之一：所有粒子都属于费米子或玻色子这两个类别之一。当两个相同的费米子交换位置时，它们的量子态（称为波函数）翻转 180 度（在称为希尔伯特空间的数学空间中）。但是当玻色子转换时，它们的波函数是不变的。 另一方面，当切换两个任意子时，这两个选项都不适用。相反，对于标准的“阿贝尔”任意子，波函数移动了某个角度，不同于费米子的 180 度。非阿贝尔任意子通过以更复杂的方式改变它们的量子态来响应——这是至关重要的，因为它应该使它们能够执行非阿贝尔的量子计算，这意味着如果以不同的顺序执行计算会产生不同的结果。 拓扑鲁棒性 Nonabelions 还可以提供优于大多数其他进行量子计算的方法的优势。通常，单个量子位中的信息往往会迅速退化，从而产生错误——这限制了有用量子计算的进展。物理学家已经开发出各种纠错方案，这些方案需要在许多原子（可能有数千个）的集体量子态中编码一个量子位。 但是 nonabelions 应该会使这项任务变得容易得多，因为它们在彼此循环时追踪的路径应该对错误具有鲁棒性。诸如磁干扰之类的扰动可能会稍微移动路径，而不会改变它们链接的质量性质，称为它们的拓扑。 20 年前，理论物理学家 Alexei Kitaev（现供职于帕萨迪纳加州理工学院2 ）首次提出了非原子的概念及其作为“拓扑量子位”的潜力。包括 Manfra 在内的物理学家一直致力于创造自然包含非原子的物质状态，因此可以作为拓扑量子位的平台。微软已将拓扑量子比特作为开发量子计算机的首选方法。这种新的量子比特可以用于实验室和工业应用，并且可以在几秒钟内被发送到云端。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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