Matematicienii au găsit o modalitate de a transforma o abordare neproductivă de calcul cuantică prin reînvierea unei clase de particule aruncate anterior.
Calculatoare cuantice poate rezolva probleme dincolo de capacitățile computerelor clasice prin utilizarea principiilor precum suprapunere. Aceasta înseamnă a bit cuantic sau qubitpoate reprezenta atât 0 cât și 1 simultan, similar cu celebrul experiment de gândire al unei pisici fiind atât mort, cât și viu. Dar qubiturile sunt extrem de fragile. Interacțiunile cu mediul pot perturba cu ușurință stările cuantice. Fragilitatea lor face dificilă construirea de calculatoare cuantice stabile.
Acum, într -un nou studiu Publicate în revista Nature Communications, matematicienii au arătat că atunci când sunt împerecheți cu elemente matematice aruncate anterior ca irelevante, un fel de cvasiparticulă numită anyon ising ar putea ajuta la depășirea acestei fragilități. Au numit componentele reînviate „neglijente”.
Anyons există doar în sisteme bidimensionale. Sunt în centrul calculelor cuantice topologice. Înseamnă că Anyons stochează informațiile nu în particulele în sine, ci în modul în care acestea se buclă sau se împletesc unul pe celălalt. Această împletitură poate codifica și prelucra informațiile în moduri care sunt mult mai rezistente la zgomotul de mediu.
Dar a existat o limitare majoră. “Singura problemă cu Ising Anyons este că nu sunt universale”, Aaron Laudaa spus profesor de fizică și matematică la Universitatea din sudul Californiei, Live Science. “Este ca atunci când ai o tastatură și are doar jumătate din taste.”
Acolo vine matematica trecută cu vederea. Echipa a revizuit o clasă de teorii numită „Teoria cuantică topologică non-semisimplă”, este folosită pentru a studia simetria în obiectele matematice.
“Aceasta este o idee cheie în fizica particulelor”, a spus Lauda. „Sunteți capabil să preziceți noi particule despre care oamenii nu știau doar prin înțelegerea simetriei a ceea ce se întâmplă”.
În această teorie, fiecare particulă are o dimensiune cuantică – un număr care reflectă cât de multă „greutate” sau influență are în sistem. Dacă numărul este zero, particula este de obicei aruncată.
“Ideea cheie a acestor noi versiuni non-semisimple este că păstrezi acele particule, care inițial au avut o greutate zero”, a spus Lauda pentru Live Science. “Și veniți cu un nou mod de a măsura greutatea. Există unele proprietăți pe care trebuie să le satisfacă și să vă dați seama cum să faceți ca acest număr să nu fie zero.”
Piesele neglijate, reinterpretate ca particule, au umplut capacitățile care lipsesc de ising anyons. Echipa a arătat că, cu un singur neglictor adăugat la sistem, particula devine capabilă de calcul universal doar prin împletire.
De ce contează Anyons?
Pentru a vedea de ce orice contează deloc, ajută la înțelegerea comportamentului lor particular în două dimensiuni.
În trei dimensiuni, particule precum bosoni și fermioni se poate bucla unul în jurul celuilalt. Dar aceste bucle pot fi anulate, cum ar fi alunecarea unui șir peste sau sub altul. În două dimensiuni, în schimb, nu există „peste” sau „sub”. Asta înseamnă că atunci când oricine se deplasează unul în altul, căile nu pot fi dezlănțuite, dând naștere fizicii fundamental noi.
“Modul de a gândi la asta”, a explicat Lauda, “este dacă încep cu un stat zero și îl înfășoară, rămâne într -un stat zero sau un multiplu din asta? Sau creează un zero și unul? Sunt capabil să le amestec și să creez aceste superpoziții de care trebuie să fac calcul cuantic?”
Cheia cu Ising Anyons este de a putea crea superpoziții. Deoarece aceste operațiuni depind de forma generală a căii de împletitură, mai degrabă decât de locații precise, sunt protejate în mod natural de multe tipuri de zgomot.
Constatarea nu înseamnă că vom avea computere cuantice topologice mâine. Dar sugerează că, mai degrabă decât să inventeze materiale complet noi sau particule exotice, cercetătorii ar putea avea nevoie doar să privească sistemele familiare printr -o nouă lentilă matematică.