「忽略子」的發現為通用量子計算開啟新紀元

编辑者: Irena I

南加州大學(USC)的研究人員發現了一種名為「忽略子」(neglectons)的新數學粒子,這項突破性發現有望解決量子計算領域長期存在的穩定性挑戰,並為實現通用量子計算鋪平道路。這項研究發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊上,由數學教授Aaron Lauda領導。

量子計算以其改變世界的潛力而聞名,但其發展受到量子位元(qubits)極度脆弱的限制。量子位元對環境干擾極為敏感,任何微小的振動或溫度變化都可能導致計算錯誤。為了解決這個問題,研究人員一直在探索拓撲量子計算,這種方法利用一種稱為「任意子」(anyons)的粒子,它們的資訊被編碼在幾何特性中,對雜訊具有天然的抵抗力。其中,艾辛任意子(Ising anyons)是目前研究的重點,但它們僅能執行有限的量子運算,無法實現通用量子計算。

Lauda教授的團隊透過研究非半單純拓撲量子場論(non-semisimple topological quantum field theory)發現了「忽略子」。這個理論框架保留了傳統方法中被視為「無用」的數學元素,這些元素被稱為「量子維度為零」的粒子。研究團隊大膽地重新詮釋了這些被忽略的元素,將它們轉化為具有重要意義的「忽略子」。

關鍵的發現是,在艾辛任意子系統中加入一個忽略子,就能極大地擴展其計算能力。透過這種方式,艾辛任意子能夠執行所有必需的量子計算類型,從而實現通用量子計算。更重要的是,忽略子並未損害艾辛任意子固有的抗雜訊和穩定性優勢,反而將其提升至新的層次。儘管在真實材料中創建和操縱任意子仍面臨技術挑戰,但這項發現為工程師提供了一個新的視角,可以利用現有系統並從全新的數學角度加以運用。

來源

  • Sciencepost

  • USC News

  • Physics World

  • Scientific American

  • Rude Baguette

  • arXiv

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