Araştırmacılar, kuantum bilgi işlem En önemli zorluklar üzerine yeni bir bakış açısı sunarak parçacıklar Bir zamanlar matematiksel “çöp” olarak kabul edildiği için gözden kaçan.
Topolojik kuantum bilgi işlem, anons adı verilen parçacıkların geometrilerine bilgi kodlayarak daha kararlı kuantum sistemleri sunma vaadini taşır. Şu anda, bunun için en yaygın olarak incelenen aday, gerçek evrensel kuantum hesaplamasını kolaylaştırmak için sürekli olarak yetersiz kalmasına rağmen, Ising Anonon’dur.
Bununla birlikte, baş yazar Filippo Iulianelli ve Güney Kaliforniya Üniversitesi’nden bir fizikçi ve matematikçi ekibi tarafından yapılan yeni bir çalışma, bir zamanlar keşfedilen bir parçacığın yeniden üretilmesinin, Ising Anons’un evrensel ulaşmasına izin verebileceğini gösterdiği bildirildi. kuantum hesaplama tek başına örgü kullanma.
Araştırmacılar tarafından uygun şekilde “ihmal” olarak adlandırılan bu bir zamanlar gözden kaçan parçacıkları içeren çalışma Doğa iletişimi.
Topolojik kuantum potansiyelinin kilidini açma
Kuantum bilgisayarlar bir gün, bugün mevcut olan en hızlı bilgisayarlarla bile mevcut özellikleri aşan problem çözme yeteneğine sahip olacaktır. Bununla birlikte, bu cihazların kuantum bitleri veya “kubitler” olarak bilinen temel birimleri çok hassastır ve potansiyel olarak hataya eğilimlidir.
Bu soruna potansiyel bir çözüm, anonların geometrik konfigürasyonlarında bilgi depolayarak potansiyel bir düzeltme sunan topolojik kuantum hesaplamada ortaya çıkar.
Daha spesifik olarak, anyonlar çeşitli quasipartiküllerdir ve sadece iki boyutlu sistemlerde gözlemlenmiştir. Bu quasipartiküllerin özellikleri, onları üç boyutlu sistemlerde görünmesine rağmen, onları istatistiksel anlamda bozonlar ve fermyonlar arasında bir yere yerleştirir.
USC Dornsife profesörü ve son çalışmanın kıdemli yazarı Aaron Lauda, Ising Anson’ların kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde kullanılmak üzere önde gelen adaylar olarak kaldığını, ancak sadece “Clifford Gates” olarak bilinen sınırlı sayıda hesaplama işlemini gerçekleştirebileceğini söylüyor.
Bu sorunun üstesinden gelmek için Lauda ve meslektaşları, yeni vaftiz edilen “ihmal” i daha önce standart topolojik kuantum alan teorisinde büyük ölçüde göz ardı edilen karışıma yeniden tanıttılar. Bir zamanlar ihmal edilen parçacık sabit kalabilirken, Ising Anyons’ın tüm kuantum operasyonlarını gerçekleştirmek için etrafında örgülüdür.
“Herkesin matematiksel çöp olduğunu düşündüğü şeyde hazine bulmak gibi” Lauda söz konusu.
Çöpten hazine kadar: atılımın arkasındaki matematik
Ekibin yeni çalışmasının merkezinde, Semisimple olmayan topolojik kuantum alan teorileri (TQFTS) olarak bilinen belirli bir matematiksel teoriler sınıfıdır. Karşılaştırıldığında, geleneksel “semisomple” yaklaşımları genellikle “kuantum iz sıfır” ile nesneleri atarak hesaplamaları basitleştirir, çünkü bu nesneler hesaplama amaçları için alakasız kabul edilir.
Bununla birlikte, varsayım kritik bir unsur bırakmış olabilir ve ihmalin yeniden üretilmesi, Ising sistemleriyle evrensel hesaplamanın kilidini açabilen eksik bir parçayı ortaya çıkarabilir.
Unitarity problemini çözmek
Vaat ederken, Semisimple olmayan bir çerçevenin tanıtılması fizikçiler için zorluklar doğurur. Öncelikle, bu çerçeve, olasılıkların tutarlı kalmasına yardımcı olan kuantum mekaniğinin temel bir temel taşı olan Unitarity’ye meydan okuyor gibi görünmektedir.
Lauda ve meslektaşları için, onu tamamen terk etmek yanlış yaklaşım gibi görünüyordu ve bunun yerine sorun için akıllı bir çözüm bulmayı tercih ettiler.
Lauda, “Bazı kararsız odalara sahip bir evde bir kuantum bilgisayar tasarlamak gibi düşünün,” diye açıkladı Lauda. “Her odayı düzeltmek yerine, tüm hesaplamanızın yapısal olarak sağlam alanlarda gerçekleşmesini sağlıyorsunuz.”
Kısacası, teorinin en iyi şekilde çalıştığı görünen kısımlarındaki kuantum bilgilerini izole ederek, araştırmacılar, geçerli hesaplamayı başarıyla korurken sorunların ortaya çıktığı alanları ortadan kaldırabildiler.
Gerçek dünyadaki kuantum cihazlara doğru
Öncelikle teorik bir ilerleme olsa da, araştırma ekibinin bulguları gerçek dünya sonuçlarına sahiptir ve şimdi, ihmallerin doğal olarak ortaya çıkabileceği platformları tanımlamak ve aynı zamanda pratik kuantum operasyonlarını matematiksel keşiflerine dayanarak ortaya çıkarmaya yardımcı olacak protokolleri tanımlamak istiyorlar.
Daha geniş bir şekilde, ekip, diğer parametre değerlerine uzatma içeren çerçevelerinin uygulamalarını ve Unitarity’nin SemisImple olmayan sistemlerde nasıl işlev gördüğüne dair daha derin araştırmalar keşfetmeyi amaçlamaktadır.
“Daha önce işe yaramaz olarak kabul edilen matematiksel yapıları benimseyerek,” dedi Lauda, “Kuantum bilgi bilimi için yepyeni bir bölümün kilidini açtık.”
Lauda, “Özellikle heyecan verici olan, bu çalışmanın bizi nasıl yaratacağımızı bildiğimiz parçacıklarla evrensel kuantum hesaplamaya yaklaşmasıdır” diye ekledi.
Nihayetinde Lauda, gelecekteki deneyler ihmalin varlığını doğrulayabilirse, “Ising tabanlı sistemlerin tam gücünün kilidini açabileceğine inanıyor.
Lauda ve takımın çalışmak“Semisimple olmayan bir topolojik kuantum alan teorisinden Ising Anons kullanan evrensel kuantum hesaplaması” Doğa iletişimi.
Micah Hanks, Debey’in genel yayın yönetmeni ve kurucu ortağıdır. E -posta ile ulaşılabilir [email protected]. Çalışmasını takip et micahhanks.com Ve X’te: @Micahhanks.
