其他
石锤？！谷歌复现「拓扑量子态」
非阿贝尔任意子（唯一被预测为能打破这一规则的粒子）因其迷人的特性和通过使操作对噪声更加稳健而将彻底改变量子计算的潜力。但是，经过该领域研究人员几十年的努力，观察非阿贝尔任意子及其奇怪的行为仍毫无头绪，至少可以说它极具挑战性。
在去年10月发布在预印本arXiv上、并于5月11日发表在《自然》杂志上的一篇论文中，谷歌量子人工智能的研究人员宣布，他们首次使用他们的一个超导量子处理器观察到了非阿贝尔任意子的奇特行为。
论文中，他们还展示了这一现象如何被用来进行量子计算。本周早些时候，量子计算公司Quantinuum发布了关于该主题的另一项研究，补充了谷歌的这一发现。这些新结果为拓扑量子计算开辟了一条新的道路，其中的操作是通过将非阿贝尔任意子像辫子中的弦一样相互缠绕来实现的。
关于非阿贝尔任意子的理论已经提出了40年，但直到2022年才由Eun-Ah Kim(康奈尔大学物理学教授、谷歌研究员)和合作者在理论或实验中实现，在某些二维系统中，当它们中的两个交换位置时，可以产生一个可测量的运动记录。它们保留了一种记忆，使人们有可能知道它们中的两个何时被交换，尽管它们是完全相同的。
Kim说，由此产生的穿越时空的痕迹被称为“辫子(braid)”——它可以通过非局域存储来保护量子信息比特，并可用于受保护的量子比特平台。
对此，谷歌量子人工智能团队成员、第一作者Trond I. Andersen表示，“首次观察到非阿贝尔任意子的奇异行为，确实突出了我们现在可以通过量子计算机获得的令人兴奋的现象类型。”
按照Kim和Lensky的理论工作中规定的协议，谷歌量子人工智能实验人员在一个类似棋盘的二维量子网格上创建并移动非阿贝尔任意子。为了实现非阿贝尔任意子，他们拉伸、压扁了网格上的量子比特的量子状态，让这些量子比特形成更多的图形。
Kim表示，尽管有强大的数学支持，但一个简单的几何和创造性的见解是在物理世界中实现非阿贝尔任意子的理论和实验的核心。
“我们需要引入一个新的理论框架，依靠规整理论的数学以实现设备上的边缘摆动动作，并预测量子测量结果。”Kim说：“它看起来很简单，但这些粒子记住了历史。”
在一系列的实验中，谷歌的研究人员观察了这些非阿贝尔任意子的行为，以及它们如何与设置中“更平凡”的粒子进行互动。谷歌研究人员说，这两种类型的粒子相互交织在一起导致了奇怪的现象；粒子消失了、又重新出现，并且从一种类型转变为另一种类型。
最重要的是，研究人员观察到了多年来一直在寻找的非阿贝尔任意子的标志性行为：调换其中的两个就会在其系统的量子状态中产生可测量的变化。最后，他们展示了如何将非阿贝尔任意子编织在量子计算中；通过将几个非阿贝尔任意子编织在一起，创造出了一个著名的量子纠缠态——GHZ态。
非阿贝尔粒子的物理学也是微软为其量子计算工作选择的方法的核心。虽然他们正试图设计内在地承载这些任意子的材料系统，但谷歌团队现在已经表明，相同类型的物理学可以在他们的超导处理器上实现。
“这是凝聚态物理学和量子信息科学的重大进展。”研究团队表示，“我们的观察代表了拓扑系统研究的一个重要里程碑，并为探索非阿贝尔任意子的丰富物理学提供了一个新平台。此外，它也为实现容错的量子计算开辟了一条新的道路。”
参考链接：[1]https://arxiv.org/pdf/2210.10255.pdf[2]https://www.nature.com/articles/s41586-023-05954-4[3]https://news.cornell.edu/stories/2023/05/cornell-google-first-detect-key-quantum-computing-future[4]https://phys.org/news/2023-05-google-quantum-ai-braids-non-abelian.html
|qu|cryovac>