Temui 'Daerah': Partikel -partikel yang sebelumnya diabaikan yang dapat merevolusi komputasi kuantum
Matematikawan telah menemukan cara untuk mengubah pendekatan komputasi kuantum yang tidak produktif dengan menghidupkan kembali kelas partikel yang sebelumnya dibuang.
Komputer kuantum dapat memecahkan masalah di luar kemampuan komputer klasik dengan menggunakan prinsip -prinsip seperti superposisi. Ini berarti a bit kuantum, atau qubitdapat mewakili 0 dan 1 secara bersamaan, mirip dengan eksperimen pemikiran yang terkenal dari seekor kucing yang mati dan hidup. Tapi qubit sangat rapuh. Interaksi dengan lingkungan dapat dengan mudah mengganggu keadaan kuantum mereka. Kerapuhan mereka membuatnya sulit untuk membangun komputer kuantum yang stabil.
Sekarang, dalam a studi baru Diterbitkan dalam jurnal Nature Communications, matematikawan telah menunjukkan bahwa ketika dipasangkan dengan elemen matematika yang sebelumnya dibuang sebagai tidak relevan, semacam quasipartikel yang disebut Anyon dapat membantu mengatasi kerapuhan itu. Mereka menamai komponen yang dihidupkan kembali “Daerah.”
Ada orang yang hanya ada dalam sistem dua dimensi. Mereka berada di jantung komputasi kuantum topologi. Ini berarti bahwa ada orang yang menyimpan informasi yang tidak ada dalam partikel itu sendiri, tetapi dalam bagaimana mereka mengulang atau mengepang satu sama lain. Braiding itu dapat mengkodekan dan memproses informasi dengan cara yang jauh lebih tahan terhadap kebisingan lingkungan.
Tapi ada batasan utama. “Satu -satunya masalah dengan Ising Anyons adalah bahwa mereka tidak universal,” Aaron memujiseorang profesor fisika dan matematika di University of Southern California, mengatakan kepada Live Science. “Ini seperti ketika kamu memiliki keyboard dan hanya memiliki setengah kunci.”
Di situlah matematika yang diabaikan masuk. Tim meninjau kembali kelas teori yang disebut “Teori Lapangan Kuantum Topologi Non-Semisimple,” digunakan untuk mempelajari simetri dalam objek matematika.
“Ini adalah ide utama dalam fisika partikel,” kata Lauda. “Anda dapat memprediksi partikel baru yang tidak diketahui orang hanya dengan memahami simetri dari apa yang terjadi.”
Dalam teori ini, setiap partikel memiliki dimensi kuantum – angka yang mencerminkan seberapa banyak “bobot”, atau pengaruhnya dalam sistem. Jika angkanya nol, partikel biasanya dibuang.
“Gagasan kunci dari versi non-Semisimple baru ini adalah Anda menjaga partikel-partikel itu, yang awalnya tidak memiliki bobot,” kata Lauda kepada Live Science. “Dan kamu datang dengan cara baru untuk mengukur bobot. Ada beberapa sifat yang harus dipenuhi, dan mencari cara untuk membuat angka itu bukan nol.”
Potongan -potongan yang diabaikan, ditafsirkan kembali sebagai partikel, mengisi kemampuan yang hilang dari ising anyons. Tim menunjukkan bahwa dengan hanya satu lonjakan yang ditambahkan ke sistem, partikel menjadi mampu perhitungan universal hanya melalui kepang.
Mengapa ada masalah yang penting?
Untuk melihat mengapa ada orang penting sama sekali, ada baiknya untuk memahami perilaku aneh mereka dalam dua dimensi.
Dalam tiga dimensi, partikel suka Boson dan Fermions dapat berputar -putar satu sama lain. Tapi loop itu bisa dibatalkan, seperti menyelipkan string di atas atau di bawah yang lain. Dalam dua dimensi, sebaliknya, tidak ada “lebih” atau “di bawah.” Itu berarti ketika ada orang bergerak di sekitar satu sama lain, jalan tidak dapat dilepas, memunculkan fisika baru yang fundamental.
“Cara memikirkannya,” Lauda menjelaskan, “adalah jika saya mulai dengan status nol dan saya membungkusnya, apakah itu tetap dalam keadaan nol atau kelipatan dari itu? Atau apakah itu menciptakan nol dan satu? Apakah saya dapat mencampurnya dan membuat superposisi yang perlu saya lakukan untuk melakukan komputasi kuantum?”
Kunci dengan Ising Anyons adalah untuk dapat membuat superposisi. Karena operasi ini tergantung pada bentuk keseluruhan jalur kepang, bukan pada lokasi yang tepat, mereka secara alami terlindung dari banyak jenis kebisingan.
Temuan ini tidak berarti kita akan memiliki komputer kuantum topologi besok. Tetapi itu menunjukkan bahwa alih -alih menciptakan bahan yang sama sekali baru atau partikel eksotis, para peneliti mungkin hanya perlu melihat sistem yang akrab melalui lensa matematika baru.
