科學家預測新準粒子「neglecton」,有望推動拓撲量子運算
量子電腦運算能力大幅提高,可解決最先進超級電腦無解的問題,缺點是它們依賴的量子位元很脆弱,容易受到環境干擾。克服此弱點主要方法是對干擾抗性更強的拓撲量子位元,最近,科學家指出一種稱為 neglecton 的新型準粒子過去常被忽略,卻是實現更穩健量子運算的關鍵。
拓撲量子位元比普通量子位元更穩定,抗干擾能力更強。普通量子位元通常依賴電子自旋、離子等,狀態非常容易受到環境噪聲(如熱擾動、電磁干擾、晶格振動等)干擾而丟失量子訊息;拓撲量子位元則利用物質拓撲相,對局部擾動不敏感,更接近理想的穩定量子位元。
但拓撲量子位元目前仍處於研究和實驗早期階段,在二維材料中,準粒子行為與日常玻色子、費米子不同,被稱為任意子(anyons),而一種稱為易辛任意子(Ising Anyons)的準粒子是建造拓撲量子電腦的量子位元選擇之一,但過去遇到的技術障礙是,易辛任意子不能構建足夠種類的邏輯閘,不足以支持通用量子計算。
不過最近,南加州大學團隊找到解決此障礙的方法。透過添加曾在傳統拓撲量子計算方法被棄用的新型任意子,就能讓易辛任意子透過編織操作執行任何量子計算。
研究人員將這種新型任意子稱為 neglecton,反映過去被忽視的同時呈現重要性,就像從垃圾堆找到寶藏一樣。
這項發現並不代表我們馬上就能擁有拓撲量子電腦,但強調與其發明全新材料或設計奇特粒子,或許只需從新數學視角重新審視熟悉的系統,科學家就能從中找到改善當前技術困境的轉機。
Predicted quasiparticles called ‘neglectons’ hold promise for robust, universal quantum computing
Meet the 'neglectons': Previously overlooked particles that could revolutionize quantum computing
Mathematicians use ‘neglected’ particles that could rescue quantum computing
(首圖來源:南加州大學)
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