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满足“ neglectons”:以前被忽略的粒子,可以彻底改变量子计算

2025-08-16 17:12:00 英文原文

作者:Larissa G. CapellaLive Science Contributor

an illustration of a donut shape filled with rainbow swirls
(图片来源:Andriy Onufriyenko通过盖蒂图像)

数学家已经找到了一种通过恢复一类先前丢弃的粒子来改变非生产性量子计算方法的方法。

量子计算机可以通过使用诸如叠加。这意味着a量子位或Qubit,可以同时代表0和1,类似于著名的思想实验,该实验既是猫都死与活着。但是Qubits非常脆弱。与环境的相互作用可以轻松破坏其量子状态。它们的脆弱性使得很难构建稳定的量子计算机。

现在,在一个新研究数学家发表在《自然通讯》杂志上,表明,与以前被抛弃为无关的数学元素时,一种叫做Anyon Anyon的Quasiparticle可以帮助克服这种脆弱性。他们将复活的组件命名为“ Neglectors”。

Ising Anyons仅存在于二维系统中。它们是拓扑量子计算的核心。这意味着任何人都不会将信息存储在粒子本身中,而是在它们之间的循环或辫子之间。该编织可以以对环境噪声更具抵抗力的方式进行编码和处理信息。

但是有一个重大限制。“ Ising Anyons的唯一问题是它们不是普遍的,”亚伦·劳达(Aaron Lauda)南加州大学的物理与数学教授告诉Live Science。“就像当您有键盘时,只有一半的钥匙。”

有关的:科学家在20年后取得了“魔术状态”的突破 - 量子计算机永远不会真正有用

这就是被忽视的数学来源的地方。团队重新审视了一类称为“非犹太拓扑量子量化场理论”的理论,用于研究数学对象中的对称性。

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劳达说:“这是粒子物理学的关键思想。”“您可以通过了解发生的事情的对称性来预测人们不知道的新粒子。”

Aaron Lauda works at a chalkboard full of equations

亚伦·劳达(Aaron Lauda(图片来源:GusâRuelas/USC)

在这个理论中,每个粒子都有一个量子尺寸 - 一个数字,它反映了它在系统中具有多少“权重”或影响。如果数字为零,则通常会丢弃粒子。

劳达告诉Live Science:“这些新的非偏见版本的关键思想是,您将这些粒子保留为最初的重量为零。”“而且您想出了一种测量重量的新方法。它必须满足一些特性,并弄清楚如何使该数字不是零。”

被忽视的碎片被重新解释为粒子,填充了任何人都缺失的功能。该团队表明,只需将一个遗体添加到系统中,粒子就可以通过编织才能进行通用计算。

为什么要重要的是?

要了解为什么任何人都重要,它有助于在两个维度上理解他们的特殊行为。

在三个维度中,粒子像玻色子和费米子可以互相循环。但是这些循环可以被撤消,就像将绳子滑过另一个循环一样。相比之下,相比之下,没有“过度”或“下方”。这意味着,当任何人彼此移动时,这些路径就不会被弄脏,从而产生了新的物理学。

劳达解释说:“思考的方法是,如果我从状态零开始,然后将其包裹起来,它会留在状态零还是其中的某个倍数中?或者它会产生零和一个零吗?我能够混合并创建这些叠加,需要进行量子计算吗?”

Ising Anyons的关键是能够创建叠加。由于这些操作取决于编织路径的整体形状,而不是精确的位置,因此它们自然地屏蔽了许多噪音。

这一发现并不意味着我们明天将拥有拓扑量子计算机。但这表明,研究人员可能只需要通过新的数学镜头来研究熟悉的系统,而不是发明全新的材料或异国情调的颗粒。

Larissa G. Capella是位于华盛顿州的科学作家。她获得了学士学位物理学和学士学位在2024年的英语文学中,这使她能够从事这两个学科的职业。她的作品出现在EOS,Science News,Space.com等。 

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摘要

数学家已经发现了一种通过重新引入“ neglectors”的方法来增强量子计算稳定性的方法,该方法与二维系统中的Ising Anyons一起被丢弃的数学元素。这种组合可以针对环境干扰进行更强大的信息处理,潜在地推进拓扑量子计算,而无需新的材料或颗粒。

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