Tyrėjai pasiekė universalius kvantinius vartus naudodami egzotinius anyonus tikroje aparatinėje įrangoje

Tyrėjai pasiekė universalų kvantinių vartų rinkinį supindami ir suliedami egzotines kvazidaleles, vadinamas ne Abelio anyonais, tikrame kvantiniame procesoriuje – šis rezultatas liepos 15 d. buvo paskelbtas žurnale „Nature“. Eksperimentas, atliktas naudojant „Quantinuum“ 54 kubitų H2 jonų gaudyklės procesorių, atveria naują kelią link klaidoms atsparių kvantinių kompiuterių, kurie iš prigimties yra atsparūs klaidoms.bioengineer+1

Trūkstamas ingredientas topologiniams skaičiavimams

Topologiniai kvantiniai skaičiavimai jau seniai žadėjo būdą apsaugoti kvantinę informaciją nuo vietinio triukšmo, kuris vargina dabartines mašinas, koduojant duomenis egzotinių medžiagų būsenų globaliose savybėse, o ne trapiuose atskiruose kubituose. Tačiau paprasčiausioms ne Abelio fazėms vien tik anyonų supynimo nepakako universaliems skaičiavimams – kai kurie vartai liko nepasiekiami.scienmag+1

Naujasis tyrimas, kuriam vadovavo Chiu Fan Bowen Lo iš Harvardo universiteto kartu su bendradarbiais iš „Quantinuum“, Čikagos universiteto ir kitų institucijų, užpildo šią spragą, traktuodamas anyonų suliejimą – dviejų anyonų sujungimą ir rezultato nuskaitymą – kaip aktyvų skaičiavimo žingsnį, o ne pasyvią savybę. „Mes pademonstravome universalų vartų rinkinį“, – sakė Rubenas Verresenas iš Čikagos universiteto, paaiškindamas, kad informacijos saugojimas atsirandančiose į kvarkus panašiose laisvės laipsnių sistemose ir jų manipuliavimas „iš esmės įgalina bet kokius kvantinius skaičiavimus“.arxiv+1

Topologinio kompiuterio kūrimas tikroje aparatinėje įrangoje

Komanda paruošė topologiškai tvarkingą bangų funkciją, pagrįstą S3 kvantiniu dubliu (mažiausia ne Abelio grupe), naudodama 54 kubitus H2 procesoriuje. Jie užkodavo loginius kutritus – trijų lygių kvantinius vienetus – ne Abelio srauto anyonų nelokalioje suliejimo erdvėje. Šių anyonų supynimas sukūrė susiejimo operacijas, o suliejimas davė atskiras matavimo operacijas; kartu šie primityvai iš principo gali sintezuoti bet kokią kvantinę transformaciją.quantumzeitgeist+3

Norėdami patvirtinti šį metodą, tyrėjai topologiškai paruošė magišką būseną – išteklių, būtiną klaidoms atsparioms kvantinių skaičiavimų schemoms. Jie taip pat pademonstravo vieno ne Abelio anyono gaudymą ant toro, įrodydami ciklines suliejimo taisykles, kurios yra universalumo pagrindas.inspirehep+2

Nuo teorijos iki keičiamo masto

Rezultatas remiasi ankstesniais „Quantinuum“ pasiekimais, įskaitant pirmąjį ne Abelio anyonų sukūrimą ir manipuliavimą H2 procesoriuje 2023 m., darbas vėliau buvo paskelbtas „Nature“ 2024 m. Naujasis straipsnis žengia toliau, parodydamas, kad minimaliai ne Abelio topologines tvarkas galima efektyviai paruošti ir jos gali būti skaičiavimo požiūriu universalios – derinys, kuris anksčiau nebuvo pademonstruotas aparatinėje įrangoje.pubmed.ncbi.nlm.nih+3

Apribojimai išlieka: kubitų skaičius ir koherentumo laikas vis dar riboja pasiekiamų topologinių būsenų mastą. Būsimas darbas bus skirtas sistemų dydžių didinimui, siekiant ištirti loginių klaidų mechanizmus ir dekodavimo strategijas. Vis dėlto, ši demonstracija iš naujo apibrėžia, ko reikia universaliems topologiniams kvantiniams skaičiavimams – ne tik turtingesnės anyonų statistikos, bet ir kontroliuojamo suliejimo tikruose įrenginiuose.quantumzeitgeist