谷歌量子AI的物理学家使用他们的量子计算机研究了一种有效粒子，这种粒子对环境干扰更有弹性，而环境干扰会降低量子计算。这些有效粒子被称为马约拉纳边模，是由多个单个粒子的集体激发形成的，就像海水分子的集体运动形成的海浪一样。马约拉纳边缘模在量子计算应用中特别有意义，因为它们表现出特殊的对称性，可以保护原本脆弱的量子态不受环境噪18岁女RAPPERDISSSUBS超清晰声的影响。
凝聚态物理学家菲利普·安德森(Philip Anderson)曾写道:“说物理学是研究对称的，这只是略微言过其实。”事实上，研究物理现象及其与潜在对称性的关系是几个世纪以来物理学的主要推动力。对称只是关于一个系统可以经历什么变换的陈述——例如平移、旋转或通过镜子反转——并且保持不变。它们可以简化问题，阐明潜在的物理定律。而且，正如这项新研究所显示的，对称性甚至可以阻止看似不可阻挡的退相干量子过程。
当在量子计算机上运行计算时，我们通常希望计算机中的量子比特(量子位)处于单一的纯量子态。但当外部电场或其他环境噪声通过将这些状态与其他状态混淆而产生不需要的状态时，就会发生退相干。如果一个状态具有某种对称性，那么就有可能将其隔离，有效地创造一个不可能与其他不具有特殊对称性的状态混合的稳定岛。这样一来，由于噪声不再能将对称态与其他态联系起来，它可以保持状态的相干性。
2000年，物理学家阿列克谢·基塔耶夫(Alexei Kitaev)设计了一个产生对称保护量子态的简单模型。该模型由一串相互连接的粒子组成，称为费米子。它们可以以这样的方式连接，两个有效粒子将出现在链的末端。但它们不是普通的粒子——它们在空间中离域了，每个粒子同时出现在链的两端。
这些就是马约拉纳边缘模。在所谓的宇称变换下，这两种模式有明显不同的行为。在这个变换下，一个模看起来是相同的，所以它是状态的对称性。另一个是负号。这两种状态之间的宇称性差异意味着它们不能被许多外部噪声源(即那些同样具有宇称对称性的噪声源)混合。
在他们发表在《科学》杂志上的新论文中，题为“超导量子位链上的噪声弹性黄色软件花季传媒app下载3.0.3每天三次马约拉纳边缘模”，Xiao Mi, Pedram Roushan, Dima Abanin和他们在谷歌的同事第一次实现了这些超导量子位MEMs。他们使用了一种被称为乔丹-维格纳变换的数学变换，将基塔耶夫考虑过的模型映射到他们可以在量子计算机上实现的模型:1D踢- ising模型。这个模型将一维链中的每个量子比特与它的两个最近邻连接起来，这样相邻的量子比特就会相互作用。然后，“踢”会周期性地扰乱链条。
Mi和他的同事们通过比较边缘量子位和链中间量子位的行为来寻找MEMs的签名。虽然中间的量子比特的状态退散得很快，但边缘的量子比特的状态持续得更久。米说，这是“MEMs对外部退相干的恢复能力的初步迹象。”
随后，该团队对MEMs的抗噪能力进行了一系列系统的研究。作为第一步，他们测量了与系统的各种量子态相对应的能量，并观察到它们与基塔耶夫模型的教科书例子完全匹配。特别是，他们发现，随着系统规模的增长，链两端的两个MEMs的混合难度呈指数级增加——这是基塔耶夫模型的显著特征。
接下来，该团队通过在量子电路的控制操作中添加低频噪声来干扰系统。他们发现MEMs对这种扰动免疫，与其他没有对称性的一般边缘模形成鲜明对比。令人惊讶的是，研究小组还发现，MEMs即使对一些打破Ising模型对称性的噪声也具有弹性。这是由于一种称为“预热化”的机制，它产生于将MEMs转变为系统中其他可能激发物所需的巨大能量成本。
最后，研究小组测量了MEMs的全部波函数。要做到这一点，需要同时测量靠近链两端的不同数量的量子位的状态。在这里，他们有了另一个惊人的发现:无论测量包含多少量子位，其衰减时间都是相同的。换句话说，即使涉及多达12个量子位的测量也会在同一个时间尺度上衰哔哩哔哩污无限制免费下载减，就像只涉及一个量子位的测量一样。这与人们的直觉预期相反，即较大的量子可观测物在噪声的存在下衰减得更快，进一步突出了MEMs的集体性和抗噪声能力。
米和柔山认为，在未来，他们可能能够使用MEMs来实现对称保护的量子门。他们的工作表明，MEMs对低频噪声和小误差都不敏感，因此这是在量子处理器中制造更健壮的门的一条有前途的途径。
研究人员计划继续提高这些MEMs的保护水平，希望能与一些用于对抗量子计算机退相干的领先技术相媲美。Abanin说:“未来工作的一个关键问题是，这些技术能否被扩展到与主动纠错代码相媲美的保护水平。”
更多信息:X. Mi等人，超导量子位链上的噪声弹性边缘模式，《科学》(2022)。DOI: 10.1126 / science.abq5769
谷歌量子AI提供
引用:物理学家在量子计算机上产生对称保护的马约拉纳边缘模(2022年，11月30日)，检索自2022年12月1日https://phys.org/news/2022-11-physicists-symmetry-protected-majorana-edge-modes.html
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