量子处理器上首次造出任意子,开启容错量子计算机的可靠途径
据介绍,研究人员使用了名为 H2 的新型量子处理器,该处理器使用镱和钡离子通过磁场和激光捕获来创造量子比特。
研究团队将这些量子比特编织成博罗梅奥连环式的图案(一个由交错的三角形组成的拓扑网络),得到量子比特的量子力学特性与预测的任意子相同,这就是物理学家寻找已久的拓扑量子态。
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发现,相关研究结果已经发表在《自然》以及《量子物理学》等杂志上(DOI:10.1038/d41586-023-01574-0),描述了一种“幽灵般的超距作用”的新颖方法。
量子研究的重点是试图通过构建非阿贝尔任意子的连续结构,将纠缠的量子比特连接起来,其结构类似于博罗梅奥连环:粒子围绕着彼此的圆形模式运动,最大限度地增加粒子的距离(有助于提高相干时间),同时使其抗干扰性更强。
简而言之,该团队展示了 32 个基于离子的量子比特的量子纠缠。
▲意大利佛罗伦萨一座教堂中描绘的博罗梅奥连环,如果三个环中的任何一个被移除,另外两个就不再相连。
哈佛大学的理论物理学家、该论文的合著者 Ashvin Vishwanath 说:“没有一对粒子是彼此围绕转的,但所有的粒子都是相互连接的”“这确实是一种令人惊叹的物质状态,我们在任何其他设置中都没有非常清楚地认识到这一点。”
英国牛津大学的理论物理学家史蒂文・西蒙在评论《自然》上的论文时说,“在这种物理系统中存在着巨大的数学之美,在很长一段时间之后,第一次看到它们被实现是令人难以置信的。”
普渡大学的实验物理学家迈克尔・曼弗拉 (Michael Manfra) 告诉《自然》杂志,Quantinuum 的机器并没有真正创造出非阿贝尔任意子,而只是模拟了它们的性质(而且只是其中的一些性质)。Quantinuum 对此也表示赞同 —— 但他们强调:粒子的行为方式满足非阿贝尔任意子的定义,并且也满足容错的量子计算系统的要求。
因此,虽然“可信路径”这一点可能需要更多研究,但显然这项研究结果毫无疑问就是一次巨大的成就。
有趣的是,Quantinuum的研究找到了一条通往容错量子计算机的道路,但这与微软自己的研究相冲突 —— 微软也在其量子计算工作中追求拓扑量子比特,这是一种不同于量子公司早期离子链量子比特和 IBM 超导量子比特的量子系统。
目前来看,虽然 Quantinuum 的方法模拟了非阿贝尔量子比特的拓扑行为,以利用“Borromean 环”对鲁棒性的影响,但微软正在追求由物理任意子本身构成的量子比特 —— 这种方法可以提供比 Quantinuum 这一方法更多的好处。
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