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MIT首次观测到奇异物理现象助量子计算机容错性实现突破

2019-11-16 18:24:02

近日，全球知名大学麻省理工学院（MIT）发表在《科学》（Science）期刊上的研究称，首次观测到一种奇异的物理现象，有助于量子计算机在容错性上实现突破。

量子计算机的高错误率是目前其发展道路上的一大障碍。这份研究称，经过几十年的尝试，首次观测到了非阿尔贝（non-Abelian）的阿哈罗诺夫-玻姆效应（Aharonov-Bohm Effect，简称A-B效应）——一种包括光波、合成磁场和时间反转这些因素的罕见物理现象。

阿尔贝（Abelian）和非阿尔贝是规范场（gauge field）理论中的两种类别。前者表示调换中间的过程，结果仍是一样的规范，也称为可交换（commutative）;后者则表示不可交换，即过程出现变换将导致结果的不同。

A-B效应是量子力学史上的重要实验，但是在这份研究之前，研究者无法：

● 在实验室创造非阿尔贝条件;

● 即便创造了非阿尔贝条件，也无法探测其可能产生的效应。

这份研究称，他们成功解决了这两个问题。

研究者之一MIT的物理学教授马林。索亚奇奇（Marin Soljačić）说，他们的团队设计的这个实验“将启发使用光子、极化子、量子气体和超导量子位的量子模拟中实现罕见的量子拓扑相位。”

索亚奇奇还说，他们合成的非阿尔贝规范场生成了非阿尔贝贝瑞相位（Berry phase），“与相互作用的结合，将来可能可以作为量子计算机容错的平台”。

不过索亚奇奇承认，目前这个实验主要还在基础理论研究阶段，要实现多种应用，还需要突破很多难点。

首先，要实现量子计算机的应用，这个实验需将范围从单设备扩大到阵列设备。再者，要将实验中使用的激光束换成单个光子源。

没有参与这份研究的同行、哈佛大学的物理教授艾甚文。维甚万那（Ashvin Vishwanath）对这份研究给予很高的评价：“非阿尔贝贝瑞相位是揭开很多现代物理学谜题的理论明珠。我希望这份研究既能直接奠基构建更复杂的架构，或间接启发他人的研究。”

关于量子计算机

量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。