一些经典计算机的内存中内置了基于位的纠错功能； 量子计算机 也将需要基于更敏感的量子比特的纠错机制，以便在未来可行。
电子测量设备 - 说明照片。 图片来源：John Barkiple 来自 Unsplash，免费许可
康奈尔大学的研究人员最近朝着容错量子计算迈出了一步：他们构建了一个简单的模型，其中包含称为非阿贝尔任意子的奇异粒子，该模型足够紧凑且实用，可以在现代量子硬件上运行。 实现这些只能存在于二维中的粒子是朝着在现实世界中实施它迈出的一步。
多亏了一些创造性思维，康奈尔大学 (KIC) 前 Bethe/Wilkins/Kavli 研究所 (KIC) 艺术与科学学院 (A&S) 物理学博士后研究员 Yuri Lensky 与 恩雅金，物理学教授 (A&S)，提出了一个简单的“配方”，可用于对非阿贝尔任意子进行稳健计算，包括在当今可用设备上通过实验执行效果的具体说明。
他们的论文，“量子比特稳定器代码中移动非阿贝尔任意子的图规范理论,” 与 Google Quantum AI 的理论家合作撰写，发表在《物理学年鉴》上。
谷歌量子 AI 研究人员以及 Lensky 和 Kim 已经通过预印本出版物中报道的成功实验证明了这一理论，“超导处理器上非阿贝尔交换统计的观察,” 在研究共享平台 arXiv 上。
“从量子凝聚态物理学的角度来看，这种二维状态很有趣——它具有一些对二维物理学来说非常特殊的新特性——以及从量子信息的角度来看，”Lensky 说。
“这是真正的量子，但它也可能对量子计算有用。 它通过非本地存储来保护量子信息位，我们的协议允许我们使用这些位进行计算。”
金通过拿出两个相同的一磅杠铃来解释激活非阿贝尔任意子的原理。 当她交叉双臂时，相同的杠铃会改变位置，但作为经典物理学定义的物体，它们的状态保持不变。 它们可以互换。
如果这些杠铃代表两个相同的量子粒子，那么在某些二维系统中，它们穿过时空的轨迹可以产生可测量的变化记录（想象一下交叉的双臂）。这种交换过程被称为辫子，以粒子的形状命名小径。
“从量子力学的角度来看，当你将一个粒子围绕另一个粒子移动时，”Kim 说，同时保持一个重物静止不动，并将另一个重物绕着它移动一圈，“波函数是描述量子力学运动的薛定谔方程的解，可以乘以一个相位因子，否则它会变得非常不同。”
当波函数获得一个只能通过干涉测量法观察到的全局符号时，即对波的干涉的测量，这被称为阿贝尔任意子。 当波函数变得明显不同时，它就是一个非阿贝尔任意子，她说。
可以利用非阿贝尔任意子来创建不是在单个粒子上定义的量子位，而是在一对相同的量子粒子上定义：非局部编码。
“如果我将这些粒子之间共享的量子位置于零态并将它们分开，那么无论这些任意子之一局部发生什么，零态都将保持不变。 设置为零的量子位可以避免腐败，”Kim 说。 “非阿贝尔任意子可用于受保护量子位的平台。”
但是，尽管物理学家多年来一直对这些奇异粒子进行理论化——阿列克谢·基塔耶夫 (Alexei Kitaev) 提出在 2001 年左右通过编织非阿贝尔任意子来对受保护的量子存储器位进行操作，Lensky 说——但在此之前，它们从未在物理系统中被观察到。
当 Google Quantum AI 开发量子处理器平台功能以实现物理系统中阿贝尔任意子的表面代码和编织时，Lensky 说：“这是 [我们] 寻找一种方法来实现非阿贝尔任意子物理的灵感尽快。”
“我们知道他们有有效的成分，但他们没有食谱，”金说。 “我们想出了如何移动这些非阿贝尔任意子，然后我们告诉实验者该怎么做。 这是可能的，因为 Yuri 和我的思维方式灵活、富有创意且思想开放。”
过去的理论研究确定了非阿贝尔性质，但在如何移动它们方面却缺乏必要的步骤。 Lensky 和 Kim 的一个关键见解是放弃网格的规则性，以几乎手绘的方式排列量子位，但有强大的数学支持。
“在这个简单的几何洞察力之后，使用规范理论，我们能够提出拍摄这张照片并以稳健有效的方式在芯片上实现它的协议，”Kim 说。 “通过这个 10 量子位系统，我们能够编码多个非阿贝尔任意子，因此可以编码多个逻辑信息携带量子位，以及实验者在该过程中每一步需要做的事情的精确配方。”
“虽然理论和实验的重点只是在现实世界中实现非阿贝尔任意子，但这也可以看作是通过编织实现计算的第一步，”Lensky 说。
Sumber: 美国康奈尔大学
