量子计算机内部创造出一种能记住自己过去的奇异粒子

在一台量子计算机中，科学家创造出了一种能够记住自己过去的奇怪粒子，科学家认为它可以用来更深入地探索量子现象。

这些被称为非阿贝尔任意子的准粒子在相互交换时保持着它们先前位置的记录，这使得物理学家能够将它们编织成复杂的纠缠设计，具有新的和奇怪的行为。

为了了解大多数亚原子粒子的行为，想象一下古老的街头游戏，在这个游戏中，一个球被藏在三个相同的杯子里，然后被打乱。就像在这个空壳游戏中，如果你把三个完全相同的粒子交换任意次数而不跟踪它们的运动，当杯子停止运动时，你将无法猜出哪个是哪个。在量子物理学术语中，我们说粒子是阿贝尔的:我们观察它们的顺序无关紧要，因为它们是不可区分的。

然而对于非阿贝尔任意子，情况正好相反。理论物理学家弗兰克·威尔切克(Frank Wilczek)在1982年首次提出，奇异粒子的每一次位置变化都会导致它们彼此之间的纠缠更加紧密，改变它们的量子振动，形成一个更加复杂的辫子，即使在它们被交换后仍然可见。

对于设计量子计算机的物理学家来说，这给了非阿贝尔任意子一些非常诱人的特性。量子比特或量子位很容易受到噪声和干扰，这意味着科学家经常试图在量子系统中编码信息，而不是比特本身，而是比特之间的相对排列方式。

打个比喻，想象一本书“每一页都是空的，但如果你一次看所有的页面，信息就会慢慢地增加，”量子计算公司quantum的理论物理学家亨里克·德莱尔(Henrik Dryer)告诉《生活科学》(Live Science)。量子计算公司创造了这种粒子。“即使你刮掉了一页，也没关系，因为信息存在于页面之间的相关性中。”

烘干机解释说，到目前为止，研究量子计算机的物理学家已经使用阿贝尔粒子或完全可互换的粒子连接了这些页面。这是一种解释噪声的有效方法，但由于阿贝尔粒子彼此无法区分，它需要计算密集型的变通方法来防止量子位混淆。

为了解决这个问题，德雷尔和他的同事们开发了一种名为H2的新型量子计算机，该计算机将钡和镱离子捕获在强大的磁场中，然后用激光调整这些离子，将它们转化为量子位。

通过将这些量子比特相互缠绕成一个复杂的辫状排列，研究人员发现，他们赋予了量子比特与非阿贝尔任意子的预测完全相同的特性——他们说，这一结果相当于创造了难以捉摸的粒子。

“这不是模拟的，这是真的。这只是数学上的定义。”“让我们以水冰为例:如果你制造了一个与冰具有相同性质的晶体，但没有水，那么你可以说这是一个模拟，对吧?”但在这种情况下，非阿贝尔任意子的定义只与纠缠有关。

除了帮助建立更强大的量子系统，科学家们说，非阿贝尔任意子将帮助他们设计更先进的实验，以更深入地探索大规模纠缠产生的奇怪量子效应。

“我认为最令人兴奋的事情是利用这些状态，而不是为了计算目的，而只是为了提出研究问题，”德莱尔说。这可以为人们提供一些价值，作为一种科学工具，通过执行传统计算机无法完成的新实验。”