这个简单的磁性技巧可能会永远改变量子计算
量子计算机进入社会目前受到其对环境干扰的敏感性的阻碍。 来自瑞典查尔姆斯理工大学、芬兰阿尔托大学和赫尔辛基大学的研究人员现在提出了一种新型的奇异量子材料，以及一种利用磁性创造稳定性的方法。 这一突破可以使量子计算机的弹性显着增强，为它们足够强大以应对量子问题铺平道路实际计算。 在原子尺度上，物理定律与我们普通大尺度世界的物理定律不同。 在那里，粒子遵循量子物理定律，这意味着它们可以同时以多种状态存在，并以经典物理学中不可能的方式相互影响。 这些奇特但强大的现象掌握着量子计算和量子计算机的关键，它们有可能解决传统超级计算机无法解决的问题今天可以处理。 但是，在量子计算能够在实践中造福社会之前，物理学家需要解决一个重大挑战。 量子比特是量子计算机的基本单元，非常精细。 温度、磁场甚至微观振动的最轻微变化都会导致量子比特失去其量子态，从而失去它们可靠地执行复杂计算的能力。 为了解决这个问题，研究人员近年来开始探索这种可能性创造能够更好地保护其基本结构（拓扑）中这些类型的干扰和噪声的材料。 通过量子比特中使用的材料的结构产生和维持的量子态称为拓扑激发并且比其他量子态更稳定和有弹性。 然而，寻找自然支持这种稳健量子态的材料仍然面临挑战。 新开发的材料可防止干扰 现在，来自查尔姆斯理工大学、阿尔托大学和赫尔辛基大学的研究小组开发了一种用于量子比特的新型量子材料，该材料表现出强大的拓扑激发。 这一突破是通过直接在材料设计中构建稳定性来实现实用拓扑量子计算的重要一步。 “这是一种全新的奇异量子材料，在暴露时可以保持其量子特性到外部干扰。 它可以为量子计算机的开发做出贡献，这些计算机足够强大，可以在实践中处理量子计算，“查尔姆斯大学应用量子物理学博士后研究员、该研究的主要作者陈光泽说，发表在《物理评论快报》。 “奇异量子材料”是几种具有极端量子特性的新型固体的总称。 寻找具有特殊弹性的材料长期存在的挑战。 磁性是新策略的关键 传统上，研究人员遵循一个完善的“配方”自旋轨道耦合，一种量子相互作用，将电子的自旋与其围绕原子核的运动轨道联系起来，以产生拓扑激发。 然而，这种“成分”相对罕见，因此该方法只能用于有限数量的材料。 在这项研究中，研究团队提出了一种全新的使用磁性（一种更常见和更容易获得的成分）来达到相同效果的方法。 通过利用磁相互作用，研究人员能够设计拓扑量子计算所需的鲁棒拓扑激发。 “我们方法的优点是磁性天然存在于许多材料中。 你可以把它比作用日常食材烘焙，而不是使用稀有香料，“陈光泽解释道。 “这意味着我们现在可以搜索更广泛的材料中的拓扑特性，包括那些以前被忽视的材料。 为下一代量子计算机平台铺平道路 为了加速发现具有有用拓扑特性的新材料，研究团队还开发了一种新的计算工具。 该工具可以直接计算材料表现出拓扑行为的强度。 “我们希望这种方法可以帮助指导发现许多更奇特的材料，“陈光泽说。 “最终，这可以催生下一代量子计算机平台，这些平台建立在天然能够抵抗困扰当前系统的干扰的材料之上。”