科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

據(jù)最新一期《自然·通訊》雜志報(bào)道，美國(guó)南加州大學(xué)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)提出一種實(shí)現(xiàn)通用拓?fù)淞孔佑?jì)算的新方法，只需引入一種過(guò)去被視為無(wú)用的粒子，便可使原本計(jì)算能力受限的伊辛任意子具備通用性。這為構(gòu)建更加穩(wěn)健、抗干擾的量子計(jì)算機(jī)提供了關(guān)鍵拼圖。

現(xiàn)階段量子計(jì)算設(shè)備面臨的最大難題之一，是用于儲(chǔ)存和處理信息的量子比特極易受干擾。為克服這一挑戰(zhàn)，科學(xué)家提出將信息編碼在某些奇異粒子的幾何屬性中，來(lái)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的抗干擾能力。這些粒子被稱為“任意子”，理論上存在于某些二維材料中。它們比傳統(tǒng)量子比特抗干擾能力更強(qiáng)，更加穩(wěn)健可靠。

其中，伊辛任意子的粒子因其穩(wěn)定性和可控性，成為目前的熱門(mén)研究對(duì)象。但僅靠伊辛任意子還無(wú)法構(gòu)建通用量子計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗鼈円ㄟ^(guò)將粒子繞來(lái)繞去以實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)。它們只能完成一組稱為“克里福德門(mén)”的基本運(yùn)算，遠(yuǎn)不足以支持任意復(fù)雜度的量子算法。

此次，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，只需添加一種曾被數(shù)學(xué)模型“拋棄”的任意子粒子，就能使伊辛任意子的“編織”操作實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算。他們將這種重新啟用的粒子命名為“neglecton”，意為“被忽視的粒子”。研究指出，這種新任意子是從更廣泛的數(shù)學(xué)框架中自然涌現(xiàn)的，恰好填補(bǔ)了原有計(jì)算能力中的“缺口”。

不過(guò)，這一框架也帶來(lái)新的挑戰(zhàn)：非半單模型在數(shù)學(xué)上不符合量子力學(xué)中“概率守恒”的基本原則。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種“局部隔離”策略，將這些數(shù)學(xué)異常區(qū)域與實(shí)際運(yùn)算區(qū)域隔離開(kāi)。研究團(tuán)隊(duì)形象地比喻稱，這種設(shè)計(jì)就像是在一座結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的房子中搭建計(jì)算系統(tǒng)，他們并未試圖修復(fù)每一個(gè)存在問(wèn)題的“房間”，而是通過(guò)精心設(shè)計(jì)，使所有關(guān)鍵計(jì)算都發(fā)生在結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的區(qū)域，從而確保整體運(yùn)算的可靠性。