Particelle esotiche con memoria creata con un computer quantistico

Le quasiparticelle chiamate ioni sono state a lungo considerate potenziali elementi costitutivi per lo sviluppo di computer quantistici avanzati. La creazione controllata e la manipolazione di ioni non abeliani, in particolare, rappresenta un passo importante verso un calcolo quantistico completo e tollerante ai guasti. Tuttavia, l’esistenza di queste particelle non è stata dimostrata sperimentalmente. Quantinium Corporation Annuncia oggi di aver creato e controllato per la prima volta la materia quantistica topologica non abeliana utilizzando il nuovo computer quantistico H2.

L’universo consiste di due soli tipi di particelle elementari: alcune appartengono alla famiglia dei fermioni (come quark, neutrini, elettroni, ecc.), e altre appartengono alla famiglia dei bosoni (gluoni, fotoni, bosoni Z, ecc.) . Il fermione segue la statistica di Fermi-Dirac, che afferma che due fermioni identici non possono trovarsi nello stesso posto nello stesso stato quantico. Al contrario, secondo le statistiche di Bose-Einstein, diversi bosoni possono occupare contemporaneamente lo stesso stato quantico. Nessuna famiglia rientra in nessuna di queste due famiglie; Cadono da qualche parte nel mezzo (le loro statistiche quantistiche non sono né bosoniche né fermioni).

Nella fisica quantistica, una persona è una sorta di quasiparticella che esiste solo in sistemi bidimensionali (e solo in determinate condizioni). Viene fatta una distinzione tra lo ione abeliano – che svolge un ruolo importante nell’effetto Hall quantistico frazionario – e gli ioni non abeliani. Esperimenti condotti nel 2020 ha permesso di scoprire per la prima volta qualsiasi animale apeliano; D’altra parte, non ci sono prove sperimentali dell’esistenza di animali non apeliani. Tuttavia, la manipolazione controllata di ioni non abeliani è stata a lungo considerata la via da seguire per l’utilizzo di qubit topologici in un computer quantistico tollerante ai guasti.

“Il computer quantistico più potente mai creato”

Se gli scienziati sono così interessati alle altre persone, è perché hanno una qualche forma di “memoria”. Quando un fermione (o bosone) si avvicina l’uno all’altro, non influisce sul loro stato quantico. D’altra parte, se una persona ruota attorno a tutti gli altri, il suo stato quantico collettivo cambia e ci vogliono diversi cicli perché ogni individuo ritorni al suo stato originale. Tuttavia, conserva una sorta di memoria del momento in cui il suo stato quantico è cambiato e del viaggio che ha impiegato per tornare allo stato iniziale.

Questa capacità li rende particolarmente interessanti per la progettazione di computer quantistici, in cui gli stati quantistici sono fragili e soggetti a errori. I cosiddetti non-abilian, in particolare, ricordano l’ordine in cui sono avvenuti i cambiamenti. ” L’ordinamento topologico amorfo è uno stato altamente desiderabile della materia che mostra proprietà notevoli, comprese le quasiparticelle che sono in grado di ricordare la sequenza in cui sono state scambiate
“, spiegano i ricercatori nel loro articolo prima della stampa. Tuttavia, l’esistenza di uccelli non apili non è stata dimostrata sperimentalmente.

Quantinuum – che sviluppa soluzioni di calcolo quantistico per le imprese – Recentemente annunciato Per la prima volta è riuscito a creare e controllare qualsiasi persona non aplein con il nuovo sistema H2, “il computer quantistico più potente mai costruito”, secondo la società. Uno dei primi esperimenti con H2, in collaborazione con i ricercatori dell’Università di Harvard e del Caltech, ha rivelato un nuovo stato della materia: uno stato topologicamente disordinato, non abeliano.

Verso computer quantistici più potenti

Il computer H2 è inizialmente basato su 32 qubit ad alta risoluzione completamente connessi, generati da ioni di bario e itterbio intrappolati utilizzando campi magnetici e laser. Gli scienziati hanno entangled 27 di questi qubit in una formazione chiamata reticolo di Kagomé. I qubit sono stati quindi adattati con le proprietà quantomeccaniche attese di uno ione e quando i ricercatori hanno “simulato” i movimenti di una persona modificando le interazioni tra i qubit, hanno potuto vedere che le proprietà dello ione cambiavano in base alle modifiche apportate.

Lo stato topologico è stato creato in modo tale che le sue proprietà possano essere controllate con precisione in tempo reale, dimostrando la creazione, la giunzione e l’annientamento di qualsiasi non-aplian, ha spiegato la società nel suo comunicato stampa. ” Utilizzando un circuito adattivo su un processore quantico di ioni confinati Quantinuum H2, generiamo una funzione d’onda dello stato fondamentale di ordine topologico D4 su una rete Kagome a 27 qubit, con una precisione superiore al 98,0,4% per sito. Il team riferisce nel suo articolo.

I qubit si degradano rapidamente perché sono così sensibili al loro ambiente, costringendo i fisici a sviluppare sistemi di correzione degli errori. D’altra parte, le traiettorie che le persone non abeliane tracciano quando sono avvolte l’una sull’altra devono essere più robuste: le perturbazioni magnetiche, ad esempio, possono spostare leggermente queste traiettorie senza modificare la natura qualitativa della loro connessione.

” Con il nostro sistema di seconda generazione, stiamo entrando in una nuova era dell’informatica quantistica. […] Le implicazioni per la società sono di vasta portata e non vediamo l’ora di vedere come questa tecnologia cambierà davvero il mondo. ha affermato Tony Utley, presidente e chief operating officer di Quantinuum.

Alcuni esperti sono un po’ meno ottimisti riguardo al potenziale di queste persone non abeliane, osserva Articolo da naturaTuttavia, hanno salutato la loro creazione: Questo tipo di sistema fisico racchiude un’enorme bellezza matematica, ed è sorprendente vederlo realizzato per la prima volta, dopo così tanto tempo.
ha affermato Stephen Simon, fisico teorico dell’Università di Oxford.

fonte : Iqbal et al., arXiv