科學(xué)家在量子處理器上首次造出任意子，開啟容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)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(cuò)量子計(jì)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(gè)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(duì)將這些量子比特編織成博羅梅奧連環(huán)式的圖案（一個(gè)由交錯(cuò)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://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(diǎn)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(dòng)，最大限度地增加粒子的距離（有助于提高相干時(shí)間），同時(shí)使其抗干擾性更強(qiáng)。

  簡而言之，該團(tuán)隊(duì)展示了 32 個(gè)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(gè)環(huán)中的任何一個(gè)被移除，另外兩個(gè)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(duì)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(shí)是一種令人驚嘆的物質(zhì)狀態(tài)，我們?cè)谌魏纹渌O(shè)置中都沒有非常清楚地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。”

  英國牛津大學(xué)的理論物理學(xué)家史蒂文 西蒙在評(píng)論《自然》上的論文時(shí)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(shí)間之后，第一次看到它們被實(shí)現(xiàn)是令人難以置信的?！?

  普渡大學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(cuò)的量子計(jì)算系統(tǒng)的要求。

  因此，雖然“可信路徑”這一點(diǎn)可能需要更多研究，但顯然這項(xiàng)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(cuò)量子計(jì)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(jì)算工作中追求拓?fù)?A href="http://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(duì)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。