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          科學家在量子處理器上首次造出任意子,開啟容錯量子計算機的可靠途徑

          摘要:美國 Quantinum 研究人員首次在量子處理器上“制造出”了任意子(Anyons),聲稱已經開啟了“通向容錯量子計算的可靠途徑”。

           ICC訊  美國 Quantinum 研究人員稱,他們首次在量子處理器上“制造出”了任意子(Anyons),聲稱已經開啟了“通向容錯量子計算的可靠途徑”。

            據介紹,研究人員使用了名為 H2 的新型量子處理器,該處理器使用鐿和鋇離子通過磁場和激光捕獲來創造量子比特。據稱,H2 量子處理器具有 32 個完全連接的高保真量子位和平行門區架構,這是一種新型離子阱,其橢圓形類似于“跑道”。

            研究團隊將這些量子比特編織成博羅梅奧連環式的圖案(一個由交錯的三角形組成的拓撲網絡),得到量子比特的量子力學特性與預測的任意子相同,這就是物理學家尋找已久的拓撲量子態。

            ▲ H2 量子處理器

            相關研究結果已經發表在《自然》以及《量子物理學》等雜志上(DOI:10.1038/d41586-023-01574-0),描述了一種“幽靈般的超距作用”的新穎方法。

            量子研究的重點是試圖通過構建非阿貝爾任意子的連續結構,將糾纏的量子比特連接起來,其結構類似于博羅梅奧連環:粒子圍繞著彼此的圓形模式運動,最大限度地增加粒子的距離(有助于提高相干時間),同時使其抗干擾性更強。

            簡而言之,該團隊展示了 32 個基于離子的量子比特的量子糾纏。

            ▲ 意大利佛羅倫薩一座教堂中描繪的博羅梅奧連環,如果三個環中的任何一個被移除,另外兩個就不再相連。

            哈佛大學的理論物理學家、該論文的合著者 Ashvin Vishwanath 說:“沒有一對粒子是彼此圍繞轉的,但所有的粒子都是相互連接的”“這確實是一種令人驚嘆的物質狀態,我們在任何其他設置中都沒有非常清楚地認識到這一點?!?

            英國牛津大學的理論物理學家史蒂文 西蒙在評論《自然》上的論文時說,“在這種物理系統中存在著巨大的數學之美,在很長一段時間之后,第一次看到它們被實現是令人難以置信的?!?

            普渡大學的實驗物理學家邁克爾 曼弗拉 (Michael Manfra) 告訴《自然》雜志,Quantinuum 的機器并沒有真正創造出非阿貝爾任意子,而只是模擬了它們的性質(而且只是其中的一些性質)。Quantinuum 對此也表示贊同 —— 但他們強調:粒子的行為方式滿足非阿貝爾任意子的定義,并且也滿足容錯的量子計算系統的要求。

            因此,雖然“可信路徑”這一點可能需要更多研究,但顯然這項研究結果毫無疑問就是一次巨大的成就。

            有趣的是,Quantinuum 的研究找到了一條通往容錯量子計算機的道路,但這與微軟自己的研究相沖突 —— 微軟也在其量子計算工作中追求拓撲量子比特,這是一種不同于量子公司早期離子鏈量子比特和 IBM 超導量子比特的量子系統。

            目前來看,雖然 Quantinuum 的方法模擬了非阿貝爾量子比特的拓撲行為,以利用“Borromean 環”對魯棒性的影響,但微軟正在追求由物理任意子本身構成的量子比特 —— 這種方法可以提供比 Quantinuum 這一方法更多的好處。

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