量子计算机运算能力大幅提高,可解决最先进超级计算机无解的问题,缺点是它们依赖的量子位元很脆弱,容易受到环境干扰。克服此弱点主要方法是对干扰抗性更强的拓扑量子位元,最近,科学家指出一种称为neglecton的新型准粒子过去常被忽略,却是实现更稳健量子运算的关键。

拓扑量子位元比普通量子位元更稳定,抗干扰能力更强。普通量子位元通常依赖电子自旋、离子等,状态非常容易受到环境噪声(如热扰动、电磁干扰、晶格振动等)干扰而丢失量子消息;拓扑量子位元则利用物质拓扑相,对局部扰动不敏感,更接近理想的稳定量子位元。

但拓扑量子位元目前仍处于研究和实验早期阶段,在二维材料中,准粒子行为与日常玻色子、费米子不同,被称为任意子(anyons),而一种称为易辛任意子(Ising Anyons)的准粒子是建造拓扑量子计算机的量子位元选择之一,但过去遇到的技术障碍是,易辛任意子不能构建足够种类的逻辑门,不足以支持通用量子计算。

不过最近,南加州大学团队找到解决此障碍的方法。通过添加曾在传统拓扑量子计算方法被弃用的新型任意子,就能让易辛任意子通过编织操作执行任何量子计算。

研究人员将这种新型任意子称为neglecton,反映过去被忽视的同时呈现重要性,就像从垃圾堆找到宝藏一样。

这项发现并不代表我们马上就能拥有拓扑量子计算机,但强调与其发明全新材料或设计奇特粒子,或许只需重新数学视角重新审视熟悉的系统,科学家就能从中找到改善当前技术困境的转机。

(首图来源:南加州大学)