Araştırmacılar gerçek donanım üzerinde egzotik anyonlar kullanarak evrensel kuantum kapıları elde etti

Araştırmacılar, 15 Temmuz'da Nature'da yayınlanan bir sonuçla, gerçek bir kuantum işlemcisi üzerinde non-Abelyen anyonlar adı verilen egzotik kuaziparçacıkları örüp birleştirerek evrensel bir kuantum kapısı seti elde ettiler. Quantinuum'un 54 kübitlik H2 tuzaklanmış iyon işlemcisi üzerinde gerçekleştirilen deney, hatalara doğuştan dirençli, hata toleranslı kuantum bilgisayarlara giden yeni bir yol sunuyor.bioengineer+1

Topolojik Hesaplama İçin Eksik Bir Bileşen

Topolojik kuantum hesaplama, verileri kırılgan bireysel kübitler yerine egzotik madde hallerinin küresel özelliklerinde kodlayarak, kuantum bilgisini mevcut makineleri rahatsız eden yerel gürültüden korumanın bir yolunu uzun zamandır vaat ediyordu. Ancak en basit non-Abelyen fazlar için, sadece anyonları örmenin evrensel hesaplama için yetersiz olduğu biliniyordu; bazı kapılar ulaşılamaz kalıyordu.scienmag+1

Harvard Üniversitesi'nden Chiu Fan Bowen Lo'nun Quantinuum, Chicago Üniversitesi ve diğer kurumlardan işbirlikçilerle birlikte yürüttüğü yeni çalışma, anyon füzyonunu (iki anyonu birleştirip sonucu okumayı) pasif bir özellik yerine aktif bir hesaplama adımı olarak ele alarak bu boşluğu kapatıyor. Chicago Üniversitesi'nden Ruben Verresen, bilgiyi ortaya çıkan kuark benzeri serbestlik derecelerinde depolamanın ve bunları manipüle etmenin "esas olarak herhangi bir kuantum hesaplamasını mümkün kıldığını" açıklayarak, "Evrensel bir kapı seti gösterdik" dedi.arxiv+1

Gerçek Donanım Üzerinde Topolojik Bir Bilgisayar İnşa Etmek

Ekip, H2 işlemcisi üzerindeki 54 kübit boyunca, en küçük non-Abelyen grup olan S3'ün kuantum çiftine dayalı topolojik olarak düzenlenmiş bir dalga fonksiyonu hazırladı. Mantıksal kütrleri (üç seviyeli kuantum birimleri) non-Abelyen akı anyonlarının yerel olmayan füzyon uzayında kodladılar. Bu anyonların örülmesi dolanıklık işlemleri üretirken, füzyon belirgin ölçüm işlemleri sağladı; birlikte, bu ilkeller prensipte herhangi bir kuantum dönüşümünü sentezleyebilir.quantumzeitgeist+3

Yaklaşımı doğrulamak için araştırmacılar, hata toleranslı kuantum hesaplama şemaları için gerekli bir kaynak olan sihirli bir durumu topolojik olarak hazırladılar. Ayrıca, evrenselliğin temelini oluşturan döngüsel füzyon kurallarını kanıtlayarak, torus üzerinde tek bir non-Abelyen anyonun hapsedilmesini gösterdiler.inspirehep+2

Teoriden Ölçeklenebilirliğe

Sonuç, 2023'te H2 üzerinde non-Abelyen anyonların ilk kez oluşturulması ve manipüle edilmesi (daha sonra 2024'te Nature'da yayınlanan çalışma) dahil olmak üzere Quantinuum'un önceki kilometre taşları üzerine inşa edilmiştir. Yeni makale, minimum non-Abelyen topolojik düzenlerin hem verimli bir şekilde hazırlanabileceğini hem de hesaplama açısından evrensel olabileceğini göstererek daha da ileri gidiyor; bu, donanım üzerinde daha önce gösterilmemiş bir kombinasyondu.pubmed.ncbi.nlm.nih+3

Sınırlamalar devam ediyor: kübit sayıları ve tutarlılık süreleri, elde edilebilir topolojik durumların ölçeğini hala kısıtlıyor. Gelecekteki çalışmalar, mantıksal hata mekanizmalarını ve kod çözme stratejilerini incelemek için sistem boyutlarını ölçeklendirmeye odaklanacaktır. Yine de bu gösterim, evrensel topolojik kuantum hesaplama için neyin gerekli olduğunu yeniden çerçeveliyor; sadece daha zengin anyon istatistikleri değil, gerçek cihazlar üzerinde kontrollü füzyon.quantumzeitgeist