Seznamte se s „Nedosvědči“: Dříve přehlížené částice, které by mohly revolucionizovat kvantové výpočetní techniky
Matematici našli způsob, jak transformovat neproduktivní kvantový výpočetní přístup oživením třídy dříve vyřazených částic.
Kvantové počítače může vyřešit problémy nad rámec schopností klasických počítačů pomocí principů jako superpozice. To znamená a kvantový bit nebo qubitmůže představovat 0 a 1 současně, podobný slavnému myšlenkovému experimentu, že kočka je mrtvá i živá. Ale qubits jsou nesmírně křehké. Interakce s prostředím mohou snadno narušit jejich kvantové stavy. Jejich křehkost ztěžuje vytváření stabilních kvantových počítačů.
Nyní v a Nová studie Matematici, kteří byli publikováni v časopise Nature Communications, ukázali, že když jsou spárováni s matematickými prvky, které byly dříve vyhozeny jako irelevantní, mohla by tato křehkost pomoci překonat druh kvazipartiky zvané Anyon. Pojmenovali oživené komponenty „zanedbány“.
Ising Anyoons existují pouze ve dvourozměrných systémech. Jsou jádrem topologického kvantového výpočtu. To znamená, že všichni ukládají informace o samotných částicích, ale v tom, jak se navzájem smyčku nebo cope. Toto pletení může kódovat a zpracovávat informace způsobem, který je mnohem odolnější vůči šumu v životním prostředí.
Ale bylo tu hlavní omezení. „Jediným problémem s navazováním někoho je, že nejsou univerzální,“ Aaron chválaLive Science řekl profesor fyziky a matematiky na University of Southern California. „Je to jako když máte klávesnici a má jen polovinu klíčů.“
Související: Vědci dělají průlom „Magic State“ po 20 letech – bez něj nemohou být kvantové počítače nikdy užitečné
To je místo, kde přichází přehlížená matematika. Tým revidoval třídu teorií zvaných „teorie topologického kvantového pole“, která se používá ke studiu symetrie v matematických objektech.
„To je klíčový nápad ve fyzice částic,“ řekla Lauda. „Dokážete předvídat nové částice, o kterých lidé nevěděli, jen pochopením symetrie toho, co se stane.“
V této teorii má každá částice kvantovou dimenzi – číslo, které odráží, kolik „váhy“ nebo vlivu, v systému. Pokud je číslo nulové, částice je obvykle vyřazena.
„Klíčovou myšlenkou těchto nových nesemisimpletních verzí je to, že si ponecháte ty částice, které původně měly nulovou váhu,“ řekla Lauda Live Science. „A přijdete s novým způsobem měření hmotnosti. Existují určité vlastnosti, které musí uspokojit, a zjistit, jak učinit toto číslo nulové.“
Zanedbané kousky, reinterpretované jako částice, vyplňovaly chybějící schopnosti nakládat. Tým ukázal, že s přidáním pouze jednoho zanedbávání do systému se částice stává schopnou univerzální výpočet pouhým pletením.
Proč záleží na tom, že na něčem záleží?
Abychom zjistili, proč vůbec záleží, pomáhá pochopit jejich zvláštní chování ve dvou dimenzích.
Ve třech rozměrech, částice jako Bosony a fermiony může se smyčka kolem sebe. Ale tyto smyčky lze vrátit zpět, jako je sklouznutí řetězce nad nebo pod jiným. Naproti tomu ve dvou rozměrech není „nad“ nebo „pod“. To znamená, že když se někteří pohybují kolem sebe, cesty nelze rozmotat, což vede k zásadně nové fyzice.
„Způsob, jak o tom přemýšlet,“ vysvětlila Lauda, „je, když začnu se stavovou nulou a zabalím to kolem, zůstává to ve stavu nuly nebo nějaké násobkyně? Nebo to vytváří nulu a jeden? Dokážu je smíchat a vytvářet tyto superpozice, které potřebuji, abych provedl kvantový výpočet?“
Klíčem k Isinga Anyons je být schopen vytvářet superpozice. Protože tyto operace závisí spíše na celkovém tvaru cesty pletení než na přesných místech, jsou přirozeně chráněny před mnoha druhy šumu.
Toto zjištění neznamená, že zítra budeme mít topologické kvantové počítače. To však naznačuje, že spíše než vymýšlení zcela nových materiálů nebo exotických částic, mohou vědci potřebovat pouze podívat na známé systémy prostřednictvím nové matematické čočky.
