極客網(wǎng)·人工智能5月19日 谷歌研究團隊Google Quantum AI日前表示，首次觀察到編織的非阿貝爾任意子（Non-Abelian Anyons），這一突破可能會給量子計算帶來革命性的變化，使其對噪聲的魯棒性更強，并為拓撲量子計算開辟了一條新途徑。
根據(jù)人們的直覺，不可能看到兩個相同的物體是否交換過，而迄今為止觀測到的所有粒子都是如此。
Google Quantum AI研究人員首次觀察到編織非阿貝爾任意子的奇異效果
非阿貝爾任意子（唯一被預(yù)測會打破這一規(guī)則的粒子）之所以受到研究人員的關(guān)注，是因為其迷人的特性以及通過操作對噪聲的魯棒性更強而徹底改變量子計算的潛力。微軟和其他公司選擇了這種方法來研究量子計算。但這一領(lǐng)域的研究人員為此付出了幾十年的努力，因此觀察非阿貝爾任意子及其奇異的行為具有很大的挑戰(zhàn)性。
Google Quantum AI對非阿貝爾任意子的發(fā)現(xiàn)、研究及觀察
在5月11日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，Google Quantum AI的研究人員宣布，他們首次使用超導(dǎo)量子處理器之一觀察到了非阿貝爾任意子的特殊行為。他們還演示了如何利用這種現(xiàn)象進行量子計算。在本周早些時候，量子計算公司Quantum發(fā)布了另一份關(guān)于這一主題的研究報告，為Google Quantum AI的發(fā)現(xiàn)提供了補充。這些結(jié)果為拓撲量子計算開辟了一條新途徑，在拓撲量子計算中，其操作是通過將非阿貝爾任意子像辮子一樣纏繞在一起來實現(xiàn)的。
Google Quantum AI的團隊成員、論文的第一作者TrondI Andersen說:“首次觀察到非阿貝爾任意子的奇異效果，確實突出了我們現(xiàn)在可以用量子計算機訪問的令人興奮的現(xiàn)象?！?/p>
他表示，可以想象一下，人們同時觀察兩個相同的物體，然后閉上眼睛，在睜開眼睛之后，看上去仍是一模一樣的兩個物體，那么是否確定它們已經(jīng)被相互交換？直覺告訴人們，如果兩個物體真是相同的，那就沒有辦法分辨。
量子力學(xué)也支持這種直覺，但僅限于人們熟悉的三維世界。如果相同的物體被限制在二維的平面上運動，人們的直覺有時可能會失效，量子力學(xué)允許一些奇怪的事情發(fā)生：非阿貝爾任意子保留了一種記憶——盡管非阿貝爾任意子完全相同，但有可能分辨出它們中的兩個在什么時候交換過。
非阿貝爾任意子的這種“記憶”可以被認為是時空中的一條連續(xù)線：粒子所謂的“世界線”。當兩個非阿貝爾任意子交換時，它們的“世界線”相互纏繞。以正確的方式纏繞它們，由此產(chǎn)生的結(jié)和辮子可以構(gòu)建拓撲量子計算機的基本操作。
該團隊首先準備了一個糾纏量子態(tài)的超導(dǎo)量子比特，這種糾纏量子態(tài)被很好地用“棋盤”來表示——這對谷歌研究團隊來說是一種熟悉的配置，他們最近展示了使用這種設(shè)置進行量子糾錯的里程碑。在棋盤排列中，出現(xiàn)了被稱為阿貝爾任意子的相關(guān)但不太有用的粒子。
為了觀察非阿貝爾任意子的行為，研究人員拉伸和壓縮了量子比特的量子態(tài)，將方格圖案轉(zhuǎn)換成形狀奇怪的多邊形。這些多邊形中的特定頂點承載著非阿貝爾任意子。該團隊使用康奈爾大學(xué)的物理學(xué)教授Eun-Ah Kim和前博士后Yuri Lensky開發(fā)的協(xié)議，可以通過繼續(xù)變形晶格和移動非阿貝爾頂點的位置來移動非阿貝爾任意子。
在一系列實驗中，谷歌的研究人員觀察了這些非阿貝爾任意子的行為，以及它們?nèi)绾闻c更普通的阿貝爾任意子相互作用。將兩種類型的粒子纏繞在一起產(chǎn)生了奇怪的現(xiàn)象——當粒子纏繞在一起碰撞時，它們神秘地消失了，然后又出現(xiàn)了，并且從一種類型變成了另一種類型。最重要的是，Google Quantum AI研究小組觀察到了非阿貝爾任意子的特征：當其中兩個非阿貝爾任意子被交換時，會導(dǎo)致它們系統(tǒng)的量子態(tài)發(fā)生可以測量的變化——這是一個以前從未觀察到的驚人現(xiàn)象。
最后，該團隊演示了如何將非阿貝爾任意子編織在量子計算中。通過將幾個非阿貝爾任意子編織在一起，他們能夠創(chuàng)造出一種眾所周知的量子糾纏態(tài)，稱為格林伯格-霍恩-塞林格(GHZ)態(tài)。
微軟及量子計算公司Quantum也在研究非阿貝爾任意子
非阿貝爾粒子的物理學(xué)也是微軟為其量子計算工作選擇的研究方法的核心。當他們試圖設(shè)計出承載這些任意子的材料系統(tǒng)時，谷歌的研究團隊現(xiàn)在已經(jīng)證明，同樣類型的物理學(xué)可以在他們的超導(dǎo)處理器上實現(xiàn)。
量子計算公司Quantum最近發(fā)布了一項令人印象深刻的研究，該研究也展示了非阿貝爾編織，在這種情況下使用了一個捕獲離子量子處理器。Andersen表示，很高興看到其他量子計算小組也在觀察非阿貝爾編織。他說：“在未來的量子計算中如何使用非阿貝爾任意子，以及它們的特殊行為是否能成為容錯拓撲量子計算的關(guān)鍵，這將是非常有趣的一項研究?！?/p>
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