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科學(xué)家在量子處理器上首次造出任意子,開啟容錯量子計算機(jī)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(jīng)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(jīng)開啟了“通向容錯量子計算的可靠途徑”。

  據(jù)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(chuàng)造量子比特。據(jù)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(qū)架構(gòu),這是一種新型離子阱,其橢圓形類似于“跑道”。

  研究團(tuán)隊將這些量子比特編織成博羅梅奧連環(huán)式的圖案(一個由交錯的三角形組成的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)),得到量子比特的量子力學(xué)特性與預(yù)測的任意子相同,這就是物理學(xué)家尋找已久的拓?fù)?A href="http://m.3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e9%87%8f%e5%ad%90&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">量子態(tài)。

  ▲ H2 量子處理器

  相關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《自然》以及《量子物理學(xué)》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(gòu)建非阿貝爾任意子的連續(xù)結(jié)構(gòu),將糾纏的量子比特連接起來,其結(jié)構(gòu)類似于博羅梅奧連環(huán):粒子圍繞著彼此的圓形模式運(yùn)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(qiáng)。

  簡而言之,該團(tuán)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(huán),如果三個環(huán)中的任何一個被移除,另外兩個就不再相連。

  哈佛大學(xué)的理論物理學(xué)家、該論文的合著者 Ashvin Vishwanath 說:“沒有一對粒子是彼此圍繞轉(zhuǎn)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(zhì)狀態(tài),我們在任何其他設(shè)置中都沒有非常清楚地認(rèn)識到這一點?!?

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

  普渡大學(xué)的實驗物理學(xué)家邁克爾 曼弗拉 (Michael Manfra) 告訴《自然》雜志,Quantinuum 的機(jī)器并沒有真正創(chuàng)造出非阿貝爾任意子,而只是模擬了它們的性質(zhì)(而且只是其中的一些性質(zhì))。Quantinuum 對此也表示贊同 —— 但他們強(qiáng)調(diào):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(tǒng)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(jié)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(jī)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?fù)?A href="http://m.3xchallenge.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e9%87%8f%e5%ad%90&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">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(dǎo)量子比特的量子系統(tǒng)。

  目前來看,雖然 Quantinuum 的方法模擬了非阿貝爾量子比特的拓?fù)湫袨?,以利用“Borromean 環(huán)”對魯棒性的影響,但微軟正在追求由物理任意子本身構(gòu)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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