Google Quantum AI trenza primero los filamentos no apilados

Nuestra intuición nos dice que debería ser imposible saber si dos objetos idénticos se han intercambiado de un lado a otro, y para todas las partículas observadas hasta ahora, este ha sido el caso. hasta ahora.

Los iones no abelianos, las únicas partículas que se prevé que rompan esta regla, han sido buscados por sus notables propiedades y su capacidad para revolucionar la computación cuántica al hacer que los procesos sean más resistentes al ruido. Microsoft y otros han elegido este enfoque para sus esfuerzos de computación cuántica. Pero después de décadas de esfuerzos por parte de los investigadores en el campo, observar a los no apelianos y su extraño comportamiento ha resultado ser un desafío, por decir lo menos.

en papel Publicado en un servidor de preimpresión arXiv El pasado mes de octubre y publicado en naturaleza Investigadores de Google Quantum AI anunciaron hoy que han utilizado un procesador cuántico superconductor para observar el extraño comportamiento de una persona no aplia por primera vez.

También mostraron cómo se puede utilizar este fenómeno para realizar cálculos cuánticos. A principios de esta semana, la empresa de computación cuántica Quantinuum publicó otro estudio sobre el tema, que complementa el descubrimiento inicial de Google. Estos nuevos resultados abren un nuevo camino hacia la computación cuántica topológica, en la que los procesos se logran envolviendo iones no apélicos entre sí como hilos en una trenza.

El miembro del equipo de Google Quantum AI y primer autor del manuscrito, Trond I. Andersen, dice: «Observar el extraño comportamiento de las personas no abilianas por primera vez realmente destaca el tipo de fenómenos emocionantes a los que ahora podemos acceder con las computadoras cuánticas».

Imagina que te muestran dos objetos idénticos y luego te piden que cierres los ojos. Ábrelo de nuevo y verás las mismas dos cosas. ¿Cómo se determina si ha sido intercambiado? La intuición dice que si las cosas realmente coinciden, no hay forma de saberlo.

La mecánica cuántica respalda esta intuición, pero solo en nuestro familiar mundo tridimensional. Si los objetos idénticos están obligados a moverse solo en un plano bidimensional, a veces nuestra intuición puede fallar y la mecánica cuántica permite algo extraño: una persona no abeliana retiene algún tipo de memoria: es posible saber si dos de ellos han sido cambiado, sin embargo, de ser completamente idéntico.

Esta «memoria» no abeliana puede considerarse como una línea continua en el espacio-tiempo: la llamada «línea del mundo» de la partícula. Cuando se intercambian dos no apelianos, sus líneas de mundo se envuelven entre sí. Entendidos de la manera correcta, los nudos y trenzas resultantes constituyen las operaciones básicas de una computadora cuántica topológica.

El equipo comenzó configurando sus qubits superconductores en un estado cuántico entrelazado que está bien representado como un tablero de ajedrez, una configuración familiar para el equipo de Google, que recientemente mostró un hito en la corrección de errores cuánticos utilizando esta configuración. En orden de tablero de ajedrez, pueden aparecer partículas relacionadas, pero menos útiles, llamadas aniones abelianos.

Para realizar iones no abelianos, los investigadores estiraron y aplastaron el estado cuántico de sus qubits para transformar el patrón cuadriculado en polígonos de formas extrañas. Ciertos vértices de estos polígonos albergaban iones no abelianos. usando un protocolo Desarrollado por Eun-Ah Kim en la Universidad de Cornell y el ex investigador postdoctoral Yuri Lensky, el equipo puede animar a los sujetos no abelianos al continuar deformando la red y cambiando las posiciones de los vértices no abelianos.

En una serie de experimentos, los investigadores de Google observaron el comportamiento de estos no-apianos y cómo interactuaban con cualquier simio más moderado. Entretejer estos dos tipos de partículas entre sí ha resultado en fenómenos extraños: las partículas desaparecieron misteriosamente, reaparecieron y pasaron de un tipo a otro mientras giraban y chocaban.

Lo que es más importante, el equipo notó una característica definitoria de un ion no apeliano: cuando dos de ellos se intercambiaron, provocó un cambio medible en el estado cuántico de su sistema, un fenómeno sorprendente que no se había observado antes.

Finalmente, el equipo demostró cómo se puede utilizar el trenzado de iones no abelianos en cálculos cuánticos. Al entrelazar varios sujetos no abelianos, pudieron crear un conocido estado cuántico entrelazado llamado estado de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ).

La física de partículas no abeliana también está en el centro del enfoque elegido por Microsoft para los esfuerzos de computación cuántica. Mientras intentan diseñar intrínsecamente los sistemas de materia que albergan a estas personas, el equipo de Google ahora ha demostrado que se puede lograr el mismo tipo de física en sus procesadores superconductores.

La empresa de computación cuántica Quantinuum publicó esta semana un impresionante estudio complementario que también demostró el trenzado no abeliano, en este caso utilizando un procesador cuántico de iones atrapados. Andersen está emocionado de ver que otros grupos de computación cuántica también observan trenzados sin sentido. Él dice: «Será interesante ver cómo se emplea a personas no abelianas en la computación cuántica en el futuro, y si su extraño comportamiento podría ser la clave para la computación cuántica topológica tolerante a fallas».