中国科大首次量子模拟马约拉纳零模的非阿贝尔几何相位

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中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在量子模拟研究中取得新进展。该团队李传锋、许金时、韩永建等人与其合作者利用自主研制的光学量子模拟器研究马约拉纳零模的非阿贝尔交换特性,实现了具有拓扑特性的非阿贝尔几何相位,并演示了拓扑量子计算的普适量子门操作。该成果于10月19日在线发表在国际期刊《科学-进展》上。
  马约拉纳零模是近年来物理学的研究热点。常见的玻色子和费米子具有阿贝尔统计特性,而马约拉纳零模的特异之处在于它具有非阿贝尔统计特性,可以用来实现拓扑量子计算。问题是怎么才能得到马约拉纳零模呢?很幸运,理论物理学家给出了答案:在一条Kitaev链的两端就蕴含着两个马约拉纳零模。通过测量两条Kitaev链上的四个马约拉纳零模交换时所产生的几何位相(Berry相位),就可以直接反映它们的非阿贝尔交换特性。而几何相位描述了量子系统经过绝热循环演化后初态与末态之间的相位差,在基础物理研究和实际应用中均具有重要价值。
  李传锋研究组在前期量子模拟单个Kitaev链上的两个马约拉纳零模的交换操作[Nature Communications 7,13194 (2016)]基础上,进一步提升自主研制的光学量子模拟器的性能,实现了对两条Kitaev链上四个马约拉纳零模交换操作的量子模拟。通过Jordan-Wigner变换,将支持四个马约拉纳零模的费米系统映射到一个六粒子的自旋系统,并利用光子的空间模式对自旋系统进行编码。而不同马约拉纳零模之间的交换则通过一系列耗散过程实现。这些耗散过程提供了对应自旋之间的有效相互作用。两条Kitaev链上的四个马约拉纳零模可以编码一个量子比特。利用交换过程,研究组成功地模拟了编码比特上具有拓扑保护特性的Hadamard门和相位门。并且这两个量子门是非对易的,从而验证了几何相位的非阿贝尔特性。
  马约拉纳零模系统的交换操作并不能实现普适的拓扑量子计算。为实现普适量子门操作,研究组通过将两个马约拉纳零模移动到同一位置并施加适当的实时演化,实现了相位门。Hadamard门和相位门组成了完备的单比特门操作。在通过交换实现的Hadamard门和相位门中,两个马约拉纳零模总是处于不同的位置,它们对局域的扰动是免疫的,具有拓扑保护特性。而在相位门中两个马约拉纳零模会处于同一位置,对此处的局域扰动无法免疫,因而,它不具有拓扑保护性(原则上,此处的局域扰动可通过纠错解决,不会破坏拓扑量子计算过程)。研究组通过在不同的位置施加相位噪声和反转噪声,实验验证了这一重要特性。实验搭建的16模式的空间级联干涉仪有很好的相位稳定性,各类门操作的保真度均大于92%。
  这项工作展示了马约拉纳零模的基本性质,验证了基于马约拉纳零模的拓扑量子计算的基本原理,并进一步拓展了光学量子模拟器的模拟能力。
  该论文共同第一作者是教授许金时和特任副研究员孙凯。
  上述研究得到科技部、国家基金委、中科院、安徽省和量子信息与量子科技前沿协同创新中心的支持。  论文链接中国科大首次量子模拟马约拉纳零模的非阿贝尔几何相位   图:两条Kitaev链所支持的四个马约拉纳零模(A,B, C, D)的交换示意图。a). A和C逆时针交换实现Hadamard门;b). C和D逆时针交换实现-π/4相位门;c). B和C交换到同一位置3经过适当的实时演化再交换回去实现π/8相位门。


网友评论:
都是中文……
我可能中文不太行
每个字都认识但……

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看起来很厉害的样子,但是实在是……
……看不懂,但是来都来了,我还是卖个萌吧,喵~~~~
每个字都认识系列
我点进来就是为了看大家跟我一起哀嚎
哦哦哦,是这样啊

—— 来自 Xiaomi Redmi Note 4X, Android 7.0上的 v2.0.4
很好,这次连标题都看不懂了

—— 来自 Sony G8342, Android 8.0.0上的 v2.0.4
看不懂啊,我给大家表演个空中劈叉吧
标题就前一半看得懂,后面我只知道都是中午
重稳号楠栋
每个字都认识系列。。

----发送自 App for Android.
哇!居然搞成了这个!
那么谁来解释一下这个是什么
大致上就是确认了实现的可能性,验证了通过不同方式实现的基本门单元的抗干扰能力...
大概和漫区里拿东浩纪等文字大块来讨论的一样通俗易懂?

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所以您的回复同样也是每个都是中文系列
连标题都已经看不懂了,高度发达的技术与魔法无疑,这名字感觉就很魔法。

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非阿贝尔几何就是非交换几何啊,其实也就做出了拓扑不变量。原理很简单,实验挺难的。

呃,我把可怕的术语都去掉了还是很难看懂么....?
再重新试试...

理论物理学家发现有个玩意有个特性能让它在某种状态下比较稳定,可以用来干活不会算了一半就跑路了,然后又在理论上找到一个东西里有这个玩意并且能测出来它的状态.
实验物理学家在这个基础上开始工作,首先发现了有个办法对这个东西里的这个玩意做一些微小的操作,这次(本文内容)又通过这些微小的操作实现了3个基本的门单元:a门,b门,c门,测了它们的保真度和抗干扰能力.其中ab门(由于理论上的那些特性)免疫xx干扰,c门不行,不过可以通过纠错来保证计算正确.
以后一个方向是试着搞其他门单元,一个是试着弄多一点门数量长一点运行时间高一点保真什么的.


感谢大大的白话文翻译 至少知道在说什么了 虽然还是不懂
李传锋搞得很猛啊

— from Xiaomi MI 6, Android 8.0.0 of Next Goose v1.3.2.1-fix-play
嗯嗯,就是这样啊,好像已经明白了(并没有懂
现在已经连标题都看不懂了
让我想到了一篇短篇科幻小说,未来新人类的科幻成果就算旧人类中的前沿科学家都看不懂了,于是催生出一门新的学科,把新人类的科学成果翻译成旧人类能看懂的形式

—— 来自 Xiaomi MI 6, Android 8.0.0上的 v2.0.4-play