隐藏的对称可能是超强大量子计算机的关键

研究人员已经找到了一种保护高度脆弱的量子系统免受噪声的方法，这可以帮助设计和开发新的量子器件，例如超强大的量子计算机。

来自剑桥大学的研究人员表明，即使它们之间存在随机中断，显微粒子也可以保持内在连接或缠绕在长距离。使用量子理论的数学，它们发现了一种简单的设置，即使在噪声存在下，也可以通过利用在量子系统中先前未知的对称性在噪声存在下进行缠结颗粒。

他们的结果，在期刊上报道物理评论信，打开一个新窗口进入神秘的量子世界，通过在嘈杂的环境中保持量子效应来彻底改变未来的技术，这是开发这种技术的单一最大障碍。利用这种能力将是超快量子计算机的核心。

量子系统基于原子水平处的颗粒的特殊行为构建，并且可以彻底改变进行复杂计算的方式。虽然正常的计算机位是可以设置为一个或零，量子位或QUBit的电气开关，但可以同时设置为一个，零或两者。此外，当两个QUbits纠缠在一起时，无论分开多远，立即立即影响另一个。这种双重状态是给量子计算机的功率。使用纠缠Qubits而不是正常比特构建的计算机可以超出甚至最强大的超级计算机的容量。

“然而，Qubits是一个极其挑战的东西，他们的环境中最小的噪音会导致他们的纠缠突破，”剑桥的卡文德实验室博士博士说，这本文的第一作者。“直到我们找到一种方法来使量子系统更加强大，他们的现实世界应用将受到限制。”

若干公司 - 最符合的是，IBM和Google - 已经开发出工作量子计算机，尽管到目前为止这些都被限制为不到100夸张。它们需要从噪声中近乎完全隔离，即使那么，寿命很短的几微秒。两家公司都计划在未来几年内开发1000个Qubit量子计算机，尽管除非克服了稳定性问题，否则量子计算机将无法达到实际使用。

现在，DutiTA和他的合作教授Nigel Cooper已经发现了一种强大的量子系统，即使有很多噪音，多对Qubits仍然纠缠在一起。

它们以晶格形成建模的原子系统，其中原子彼此强烈相互作用，从格子的一个位点跳到另一个位置。作者发现，如果在格子的中间添加噪音，它不会影响左侧和右侧之间的缠结颗粒。这种令人惊讶的特征是由一种特殊类型的对称性产生，从而节省了这种缠绕对的数量。

“我们根本不期待这种稳定的纠缠，”Dutta说。“我们偶然发现了这种隐藏的对称性，这在这些嘈杂的系统中非常罕见。”

它们显示出这种隐藏对称保护纠缠对并允许将其数量从零控制到大量的最大值。类似的结论可以应用于广泛的物理系统，并且可以用实验平台中的现有成分实现，铺平了可控制嘈杂环境的纠缠。

“不受控制的环境障碍对于量子效应的生存不好，如纠缠，但可以通过故意工程特定类型的干扰来学习很多，并且看到粒子是如何应对的，”Dutta说。“我们已经表明，一种简单的干扰形式实际上可以产生 - 并保存 - 许多纠缠的对，这是对这一领域的实验发展的巨大动力。”

研究人员希望在明年内与实验确认他们的理论发现。

参考：Shovan Dutta和Nigel R. Cooper，2020年12月9日的“损失Qubit阵列中的远程连贯和多个稳态状态”，物理评论信。
DOI：10.1103 / physrevlett.125.240404

该研究部分由工程和物理科学研究委员会（EPSRC）提供资金。