خلاصه خبر:
فیزیکدانان دانشگاه هاروارد به طور تجربی فاز جدیدی از ماده به نام نظم "توپولوژیکی غیرآبلی" را با استفاده از یک پردازنده کوانتومی ایجاد کرده اند. آنها با موفقیت آنیون‌های غیرآبلی را سنتز و کنترل کردند، ذرات عجیبی که بین بوزون‌ها و فرمیون‌ها قرار داشته که پایدار بوده و دارای قابلیت‌های حمل حافظه هستند. این تحقیق نویدبخش محاسبات کوانتومی است، زیرا یون های غیر آبلی میتوانند به عنوان کیوبیت های پایدار عمل کرده و از محدودیت های کیوبیت های سنتی فراتر روند. با استفاده از پردازنده کوانتومی H2 Quantinum با شبکه‌ای از یون‌های به دام افتاده، این تیم از اندازه‌گیری‌های هدفمند برای افزایش تدریجی پیچیدگی سیستم کوانتومی استفاده کردند و در نتیجه یک تابع موج کوانتومی سفارشی‌سازی شده با ویژگی‌های ذرات مورد نظر ایجاد شد. این دستاورد درک ما از فیزیک کوانتومی را ارتقا داده و راه را برای کاربردهای عملی در محاسبات کوانتومی هموار می کند.
توضیحات تکمیلی:
تیمی به رهبری اشوین ویشوانات، فیزیکدان نظری در هاروارد، با موفقیت مرحله جدیدی از ماده به نام "نظم توپولوژیکی غیر آبلی " یا همان non-Abelian topological order را ایجاد کرده است. این مرحله، که قبلاً فقط نظریه‌پردازی شده بود، با استفاده از یک پردازشگر کوانتومی محقق شد و شامل سنتز و کنترل آنیون‌های غیرآبلی، ذرات عجیبی است که بین بوزون‌ها و فرمیون‌ها قرار دارند. این یافته‌ها که در Nature منتشر شده است، نه تنها برای فیزیک بنیادی، بلکه برای کاربرد بالقوه آنیون‌های غیرآبلی در محاسبات کوانتومی نیز اهمیت دارد.
آنیون‌های غیر آبلی که در یک صفحه دو بعدی وجود دارند، دارای قابلیت‌های منحصر به فرد حمل حافظه هستند و ذاتاً در مقایسه با سایر پلتفرم‌های محاسباتی کوانتومی پایدار هستند. ثبات و توانایی آنها در حفظ اطلاعات آنها را به نامزدهای امیدوارکننده ای برای بیت کوانتومی یا کیوبیت تبدیل می کند. هدف محققان با استفاده از یون های غیرآبلی به عنوان کیوبیت، کاهش مسائل مرتبط با نویز و افزایش پایداری سیستم های محاسبات کوانتومی است.
برای ایجاد نظم توپولوژیکی غیرآبلی، تیم از شبکه ای از 27 یون به دام افتاده در پردازنده کوانتومی H2 Quantinum استفاده کرد. از طریق اندازه گیری های هدفمند، آنها به طور متوالی پیچیدگی سیستم کوانتومی را افزایش دادند و یک تابع موج کوانتومی سفارشی با خواص مورد نظر ذرات ایجاد کردند.
توانایی تحقق یک نظریه و نشان دادن تجربی آن نقطه عطف مهمی در زمینه مکانیک کوانتومی است. این یافته‌ها نه تنها درک ما از فیزیک کوانتومی را ارتقا می‌بخشد، بلکه چارچوبی عملی برای کاوش در کاربردهای بالقوه آنیون‌های غیرآبلی در محاسبات کوانتومی فراهم می‌کند.
Ashvin Vishwanath هیجان خود را در مورد این دستاورد ابراز کرد و تأکید کرد که چگونه جنبه های مختلف فیزیک را به هم متصل می کند و عملی بودن مفاهیم نظری را نشان می دهد. در حالی که مکانیک کوانتومی وارد صدمین سال خود می شود، تحقق موفقیت آمیز نظم توپولوژیکی غیر آبلی نقطه عطف قابل توجهی در این زمینه است و فرصت های جدیدی را برای تحقیقات و پیشرفت های فناوری آینده باز می کند.
منبع
Mohsin Iqbal et al, Non-Abelian topological order and anyons on a trapped-ion processor, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06934-4
