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研究人员为任何人和量子计算铺平了道路

在三维世界中,所有基本粒子必须分为两类 - 一类表现为构成光的光子,另一类表现为构成物质的电子和质子。

然而,在假设的二维世界中,会有无数个额外的选项,称为任何选项。这些理论化的粒子的特征在于如何相互移动它们来操纵量子信息。通过访问正确的任意系统,可以实现超快速无差错量子计算。

物理系教授Erich Mueller和博士生Shovan Dutta最近的工作通过提出一种产生特定量子态的新方法朝着这一目标迈出了重要的一步,这种量子态的激励充当了任何一种。

他们的论文“腔中的光子分数量子霍尔态的相干生成和寻找任意粒子,”发表于美国物理学会出版物物理评论A.

该技术涉及由超高反射镜形成的“光学腔”,其将光限制在平面上。他们描述用激光照射腔体,使得光子(光子)的粒子就好像它们是物质粒子,生活在二维世界中。它是波粒二象性的一种表现,是量子力学的一个关键原则。

Dutta表示,他们的工作建立在之前15年的理论和实验基础之上,其中一些在穆勒集团。

“人们已经生产出了进入这个阶段所需的不同成分,”他说。“他们一步一步走; 我们试图做的是获得一些想法,并提出我们自己的一些新想法,并一直到创造任何一个,以及你如何衡量他们的属性,给出一个完整的图片。

穆勒表示,他们的协议代表了“创造任何人所需的量子态”的“方法合理性的显着增加”。虽然以前的想法主要是理论上的,但这项工作提出了科学家“在一两年内可以在实验室里去做的实际步骤”,他说。

作为他们方法的一个关键部分,Dutta和Mueller提出了一种独特的方法,在腔体上发射激光,依次注入光子,构建一种具有不寻常激发的特定量子“流体”。

“你看到这些涟漪,这些波浪和漩涡在光子胶片上,”杜塔说。“它看起来就像一个流动的。”

类似涡旋的激发是理想的任何一种:它们就像粒子一样,但由于它们的集体性质,它们的行为就像没有已知的基本粒子一样。该研究表明,人们如何使用聚焦激光束产生这些任意物,并测量当两个物体被交换时会发生什么 - 这一过程被称为“编织”。

该实验使用现有技术,可以被认为是最简单的编织协议 - 它构成了拓扑量子计算方案的基础。

穆勒表示,他们的工作为未来涉及其他类型的任何类型和更复杂的量子态的工作提供了一种蓝图,这是实现容错量子计算所必需的。但准粒子编织“看起来与我们所做的非常相似,”他说。

Dutta表示,他们已经解决了一些限制现有理论提案适用性的主要技术问题。

“我们案件的进展是双重的,”杜塔说。“我们的协议允许您生成具有非常高保真度的状态,并且所需的实验参数比以前的提议要严格得多。”

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