奇异粒子能解决量子计算机的错误问题？

发布时间：2023-05-31 09:57:01 所属栏目：动态来源：

导读：意大利贵族博罗梅奥家族的徽章包含一个令人不安的符号：三个互锁环的排列，不能被拉开，但不包含任何连接的对。

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物 - 现在已经首次被观察到。研究人员

意大利贵族博罗梅奥家族的徽章包含一个令人不安的符号：三个互锁环的排列，不能被拉开，但不包含任何连接的对。

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物 - 现在已经首次被观察到。研究人员已经可以使用超级量子计算机来创建虚拟粒子并将它们设计成四处移动，以便它们的路径不断循环，形成 Borromean 定理的量子纠缠模式。

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美国的一家超级计算机初创公司以色列合并而成，以色列特拉维夫的总部设在英国剑桥。

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，其结果就是陷阱中的离子可以不断地四处移动并相互作用，这就是目前的量子计算机不可避免地执行量子纠缠计算的方式。

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。

“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。”

与 Borromeo 家族一样，nonabelions 在物理和数学方面都有传奇的谱系，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。

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）的具体量子态中编码一个量子位。

西蒙表示，虚拟 nonabelion 方法可能对量子计算有用，但它是否比其他纠错方案更有效还有待观察——其中一些方案也受到拓扑启发。Manfra 和 Microsoft 正在研究的物理任意子在拓扑上开箱即用。Dreyer 说，目前还不清楚他的团队nonabelions 的效率如何。这项工作可能会改变人们对物理学的看法，因为它将允许人们更好地理解微观世界的运行机制。

（编辑：汽车网）

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