美国 Quantinum 研究人员称，他们首次在量子处理器上“制造出”了任意子（Anyons），声称已经开启了“通向容错量子计算的可靠途径”。

据介绍，研究人员使用了名为 H2 的新型量子处理器，该处理器使用镱和钡离子通过磁场和激光捕获来创造量子比特。据称，H2 量子处理器具有 32 个完全连接的高保真量子位和平行门区架构，这是一种新型离子阱，其椭圆形类似于“跑道”。

研究团队将这些量子比特编织成博罗梅奥连环式的图案（一个由交错的三角形组成的拓扑网络），得到量子比特的量子力学特性与预测的任意子相同，这就是物理学家寻找已久的拓扑量子态。

【资料图】

▲ H2 量子处理器

相关研究结果已经发表在《自然》以及《量子物理学》等杂志上（DOI:10.1038/d41586-023-01574-0），描述了一种“幽灵般的超距作用”的新颖方法。

量子研究的重点是试图通过构建非阿贝尔任意子的连续结构，将纠缠的量子比特连接起来，其结构类似于博罗梅奥连环：粒子围绕着彼此的圆形模式运动，最大限度地增加粒子的距离（有助于提高相干时间），同时使其抗干扰性更强。

简而言之，该团队展示了 32 个基于离子的量子比特的量子纠缠。

▲ 意大利佛罗伦萨一座教堂中描绘的博罗梅奥连环，如果三个环中的任何一个被移除，另外两个就不再相连。

哈佛大学的理论物理学家、该论文的合著者 Ashvin Vishwanath 说：“没有一对粒子是彼此围绕转的，但所有的粒子都是相互连接的”“这确实是一种令人惊叹的物质状态，我们在任何其他设置中都没有非常清楚地认识到这一点。”

英国牛津大学的理论物理学家史蒂文 西蒙在评论《自然》上的论文时说，“在这种物理系统中存在着巨大的数学之美，在很长一段时间之后，第一次看到它们被实现是令人难以置信的。”

普渡大学的实验物理学家迈克尔 曼弗拉 (Michael Manfra) 告诉《自然》杂志，Quantinuum 的机器并没有真正创造出非阿贝尔任意子，而只是模拟了它们的性质（而且只是其中的一些性质）。Quantinuum 对此也表示赞同 —— 但他们强调：粒子的行为方式满足非阿贝尔任意子的定义，并且也满足容错的量子计算系统的要求。

因此，虽然“可信路径”这一点可能需要更多研究，但显然这项研究结果毫无疑问就是一次巨大的成就。

有趣的是，Quantinuum 的研究找到了一条通往容错量子计算机的道路，但这与微软自己的研究相冲突 —— 微软也在其量子计算工作中追求拓扑量子比特，这是一种不同于量子公司早期离子链量子比特和 IBM 超导量子比特的量子系统。

目前来看，虽然 Quantinuum 的方法模拟了非阿贝尔量子比特的拓扑行为，以利用“Borromean 环”对鲁棒性的影响，但微软正在追求由物理任意子本身构成的量子比特 —— 这种方法可以提供比 Quantinuum 这一方法更多的好处。