Сегодня стали известны лауреаты Нобелевской премии по физике 2016 года. Ими стали британцы Дэвид Таулесс, Дункан Халдейн и Майкл Костерлиц. Согласно официальной формулировке, они получили премию «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи». Мы обратились за комментарием к Алексею Рубцову, доктору физико-математических наук и руководителю группы «Сильно-коррелированные квантовые системы» Российского квантового центра, чтобы с его помощью разобраться в сути их открытия.
Алексей Рубцов: Базовым понятием в теории фазовых переходов до конца 1970-х годов был параметр порядка — специальная величина, которая будет нулем по одну сторону порядка и не нулем по другую. Ее ввел еще Лев Ландау в 1930 году. Например, для ферромагнетиков он представляет собой магнитный момент единицы объема. Переход Березинского — Костерлица — Таулесса, за который в основном и была дана нынешняя Нобелевская премия, лишен этого параметра в явном виде. Наблюдать его можно, например, в двухслойных сверхпроводниках.
До работ Вадима Березинского считалось, что сверхпроводимость не может существовать в двумерных системах из-за отсутствия в них фазовых переходов. По этой логике, появлению сверхпроводимости должны были мешать тепловые флуктуации (случайные скачки температуры), которые разрушали бы любое упорядочение, возникающее в электронных системах. Березинский понял, что фазовый переход в таких материалах все-таки возможен, но довольно своеобразный. Физика этого перехода, по мнению ученого, была физикой вихрей, которые рождаются в пленках сверхпроводников.
Речь идет о вихрях Абрикосова — специальных образованиях, которые нарушают сверхпроводящее состояние. Они представляют собой сверхпроводящий ток, циркулирующий вокруг несверхпроводящего ядра. Через каждый такой вихрь проходит линия магнитного поля, которому в норме запрещено проникать в сверхпроводник. Эти образования были известны довольно давно, но оказалось, что именно в тонких пленках сверхпроводников они играют решающую роль.
Выше точки сверхпроводящего перехода эти вихри представляют собой неупорядоченный газ. Но когда температура становится достаточно низкой, образуются «молекулы» из пар вихрь-антивихрь. Их поведение больше похоже на жидкость. Это несколько утрированное описание, но оно наглядно показывает, как устроен переход.
Здесь становится понятно, причем тут слово «топология».
N+1: Напомним, что топология — это наука, которая изучает непрерывность (например, в простейшем случае, — отсутствие разрывов) и процессы, в которых эта непрерывность нарушается. К примеру, шар можно непрерывным преобразованием, сплющиванием, превратить в диск. Но для того чтобы сделать из шара тор (или бублик), нам придется сделать разрыв. Эти разрывы — очень устойчивые образования.
Роль разрывов, или топологических дефектов, в работе Березинского по сути и играли вихри. Как и отверстие в бублике, вихрь — очень устойчивая конструкция. Как бы мы ни деформировали, ни растягивали среду, факт наличия вихря в ней очень трудно отменить. Березинский понял роль вихрей и написал в «Журнал экспериментальной и теоретической физики» перенасыщенную математическими выкладками статью. В ней он показал, что переход (например, сверхпроводящий) в плоских системах есть и что его физика — это физика вихрей. Кроме того, Березинский установил базовые характеристики этого перехода.
Интересно, что сначала статью отклонили. По-видимому, это был первый и уникальный случай в СССР, когда научный журнал отказал автору статьи со словами, что она слишком формальная и непонятная. Но, по счастью, кто-то из корифеев советской физики прочитал ее и настоял на публикации.
Костерлиц и Таулесс прочитали эту работу, творчески переработали, и получилась теория, описывающая переход Березинского — Костерлица — Таулесса, с которого началось победное шествие топологии по теории конденсированного состояния.
N+1: А что именно они дорабатывали?
А.Р.: Березинский в значительной степени был не физиком, а математиком, его работа не была адресована физическому сообществу. Костерлиц и Таулесс разобрались в ней, подобрали правильные слова и донесли идеи Березинского до общественности. Может показаться, что всю работу сделал Березинский, а британские физики лишь добавили технические детали, но это, конечно, не так.
Теория топологических фазовых переходов позволила объяснить не только сверхпроводимость. Так, одним из ее результатов стало объяснение того, как может существовать сверхтекучесть в тонких слоях жидкого гелия, разлитого на какой-либо поверхности. Кроме того, она применяется для описания магнитных свойств материалов, вектор намагниченности которых лежит в одной плоскости, — это довольно широкий класс веществ.
Главной экспериментальной проверкой для перехода Березинского — Костерлица — Таулесса стали именно пленки жидкого гелия. Этот эксперимент можно было провести очень «чисто», что и было проделано. Эти пленки, как и предсказывали физики, обладали сверхтекучестью.
N+1: Среди научных результатов Костерлица и Таулесса в объявлении Нобелевского комитета было также упомянуто объяснение целочисленного квантового эффекта Холла. Это явление возникает, когда мы измеряем электростатическое сопротивление двумерного материала и оказывается, что с ростом внешнего магнитного поля оно меняется скачкообразно. Связано ли оно с топологическими фазовыми переходами?
А.Р.: Речь идет о несколько иной работе. Вихрей в ней нет, хотя набор слов, который ее описывает, довольно похож. Речь идет о квантовании Ландау. Когда классический электрон летит в плоскости, а перпендикулярно ему направлено магнитное поле, то из-за силы Лоренца он постоянно поворачивается и в итоге движется по кругу. Если посмотреть на это явление с точки зрения квантовой механики, то у электронов в такой системе возникает специальное число — номер уровня Ландау.
Каждый из таких уровней в плоском образце может нести на себе некоторое количество электронов, пропорциональное площади образца. Скачки, которые заметил другой нобелевский лауреат, Клаус фон Клитцинг, возникают, когда один из таких уровней оказывается полностью заполнен и электроны начинают переходить на новый уровень. Но это лишь половина истории.
Вторая половина истории еще интереснее. Она связана с состоянием, когда один уровень Ландау полностью заполнился, а другой еще не начал заполняться. Это изолятор. Как теперь мы знаем, это необычный изолятор. Это первый известный физике топологический изолятор, у которого свойства волновых функций электронов радикально отличаются от, например, вакуума.
В изоляторе можно ввести специальную характеристику, которая называется числом Черна. Она равна для топологического изолятора единице, а для вакуума — нулю. Это означает, что на границе должно что-то происходить. Оказалось, что хотя вся система изолятор, на границе плоской системы возникает проводимость. Это связано с тем, что переход от одного изолятора к другому не непрерывен.
Сейчас стали известны и другие топологические изоляторы. У этих материалов число Черна тоже не нулевое, и из-за этого на границе может протекать электрический ток. Физики научились исследовать эти объекты, и сегодня топологические изоляторы — очень актуальная тема.
N+1: Зачем нужны топологические состояния?
А.Р.: Топологические состояния можно назвать защищенными. Если у вас есть какая-то топологическая характеристика, то ее очень трудно изменить. Например, вихрь — он крутится в одну сторону. Пока вы его полностью не разрушите, он будет продолжать крутиться вправо, а не влево. Это очень хорошо соответствует требованиям, которые предъявляются для квантовых компьютеров.
Квантовые системы, на которые полагаются эти устройства, должны быть хорошо защищены от декогеренции — нарушений, связанных с внешними взаимодействиями. Поэтому исследователи всячески стараются создать носители для квантовых компьютеров, которые были бы топологически защищены от окружающего мира.
N+1: Мы в основном говорили о двух лауреатах премии. А в чем состоит вклад Дункана Халдейна?
А.Р.: Его работа тоже очень важна для теоретического описания топологических фазовых переходов, но она была сделана позднее. Исследования Халдейна посвящены одномерным спиновым системам — цепочкам магнитных центров. В них есть похожие явления, связанные со статистикой спинов.
N+1: Можно ли назвать эту нобелевскую премию неожиданной?
А.Р.: Тема топологии очень популярна последнее время. В ней работает много ученых и получено много серьезных результатов. В том, что сама тема «нобелевского» уровня, нет никаких сомнений. То, что дали отцам основателям, — тоже, наверное, правильно. Может, позже еще кому-нибудь дадут.
N+1: Как по-вашему, если бы Вадим Березинский был бы сейчас жив (физик умер в возрасте 45 лет, в 1980 году), получил бы он Нобелевскую премию?
А.Р.: Ему ее нужно было бы вручать в первую очередь.
Новости физики от лимародессы
19 Окт 2016 18:56 #5
инфолиократ
wpiter wrote:
опять вранье, всякие рассказки придумывают, чтобы деньгу с доверчивых сшибать...
Работа физиков посвящена возможным взаимодействиям новой частицы — протофобного Х-бозона. Она, по мнению ученых, вступает в реакции только с электронами и нейтронами, а также входит в состав темного сектора природы. С ее помощью физики попытались объяснить аномалию, наблюдавшуюся в эксперименте при переходе в основное энергетическое состояние бериллия-8.
На особенность впервые обратили внимание венгерские физики, которые посчитали ее свидетельством существования гипотетической частицы, участвующей в пятом взаимодействии, — темного фотона массой 17 мегаэлектронвольт.
подумалось: а вдруг все тёмное связано еще и с шестым чувством или с известным не только на КФ замедлением света?
Наплодил Лимародесса тем и слинял. Хрен теперь разберет
Я не слинял - у меня куча дел была - две конференции организовывал, одна из них международная, и сам ездил ещё на одну международную конференцию в Минск где делал доклад по квантовой криптографии. Кстати на обеих международных конференциях я и мой научный руководитель делали доклад о квантовых эффектах в биологии, в том числе у насекомых. Та конференция которая в Украине была в области сельского хозяйства и, в частности, - энтомологии, но мой научрук делал доклад там хотя основная его специализация - квантовая криптография.
P. S. Владимырыч, перенесите, пожалуйста, этот мой пост (и копию Вашей реплики на которую мой пост является ответом) в более подходящую тему форума
Переход Костерлица — Таулеса или переход Березинского — Костерлица — Таулеса (БКТ-переход) или топологический фазовый переход — фазовый переход в двумерной XY-модели. Это переход из состояния связанных пар вихрь-антивихрь при низких температурах в состояние с неспаренными вихрями и антивихрями при некоторой критической температуре. Переход назван в честь занимающихся конденсированными средами физиков Вадима Львовича Березинского, Джона М. Костерлица и Дэвида Дж. Таулеса. БКТ-переходы можно наблюдать в некоторых двумерных системах в физике конденсированных сред, которые аппроксимируются с помощью XY-модели (топологическая фаза материи), в том числе в массиве джозефсоновских контактов и в тонких сверхпроводящих гранулированных пленках. Этот термин также используется как название пиннинга куперовских пар в изолирующем режиме из-за сходства с обычным вихревым БКТ-переходом.
Linear Optical Quantum Computing or Linear Optics Quantum Computation (LOQC) is a paradigm of quantum computation, allowing (under certain conditions, described below) universal quantum computation. LOQC uses photons as information carriers, mainly uses linear optical elements including beam splitters, phase shifters, and mirrors to process quantum information, and uses photon detectors and quantum memories to detect and store quantum information...
Quantum computing with continuous variables is also possible under the linear optics scheme
The one-way or measurement based quantum computer (MBQC) is a method of quantum computing that first prepares an entangled resource state, usually a cluster state or graph state, then performs single qubit measurements on it. It is "one-way" because the resource state is destroyed by the measurements.
The outcome of each individual measurement is random, but they are related in such a way that the computation always succeeds. In general the choices of basis for later measurements need to depend on the results of earlier measurements, and hence the measurements cannot all be performed at the same time...
A linear optics quantum computer based on one-way computation has been proposed
Международная группа специалистов, возглавленная учеными из Университета Сассекса в Великобритании, представила план по строительству гигантского квантового компьютера, который должен стать самым мощным вычислительным устройством в мире. Статья исследователей опубликована в журнале Science Advances.
По замыслу ученых, будущая машина состоит из соединенных друг с другом модулей, размещенных в вакуумной среде. Внутри них с помощью электрических полей содержатся ионы, которые образуют логические вентили — элементы схемы, способные выполнять элементарные логические операции.
Ранее исследователи предлагали соединять модули оптическим волокном, по которым будут проходить фотоны. Однако для этого необходимо стабилизировать лазерные лучи, что технически сложно. В новом проекте эта проблема решается с помощью электрических полей, которые образуют каналы для транспортировки ионов. Скорость соединения, таким образом, увеличивается в 100 тысяч раз.
Ауительная оптическая схема
Ученые планируют построить прототип квантового компьютера в университете. По их мнению, машина, размеры которой будут сравнимы по площади с футбольным полем, будет производить сложные вычислительные операции, которые заняли бы у обычных ЭВМ миллиарды лет.
The availability of a universal quantum computer may have a fundamental impact on a vast number of research fields and on society as a whole. An increasingly large scientific and industrial community is working toward the realization of such a device. An arbitrarily large quantum computer may best be constructed using a modular approach. We present a blueprint for a trapped ion–based scalable quantum computer module, making it possible to create a scalable quantum computer architecture based on long-wavelength radiation quantum gates. The modules control all operations as stand-alone units, are constructed using silicon microfabrication techniques, and are within reach of current technology. To perform the required quantum computations, the modules make use of long-wavelength radiation–based quantum gate technology. To scale this microwave quantum computer architecture to a large size, we present a fully scalable design that makes use of ion transport between different modules, thereby allowing arbitrarily many modules to be connected to construct a large-scale device. A high error–threshold surface error correction code can be implemented in the proposed architecture to execute fault-tolerant operations. With appropriate adjustments, the proposed modules are also suitable for alternative trapped ion quantum computer architectures, such as schemes using photonic interconnects.
Компания Google построила квантовый процессор, в котором 72 сверхпроводниковых кубита объединены в двумерный массив. Этот процессор использует ту же технологию, что и предыдущий 9-кубитный квантовый компьютер, построенный компанией и имеющий низкий процент ошибок при вычислениях. Новую разработку компания представила на ежегодной встрече Американского физического сообщества в Лос-Анджелесе, кратко о ней сообщается в блоге компании.
Главное препятствие, мешающее построить квантовый компьютер с большим числом кубитов, — это ошибки, которые неизбежно возникают при вычислениях, считывании и записи информации в кубиты из-за разрушения их квантового состояния. Чем больше кубитов, тем выше вероятность, что кубит станет взаимодействовать со своим «соседом», и тем чаще возникают ошибки. Если говорить более строго, время декогеренции (распада суперпозиции) системы быстро уменьшается при увеличении числа входящих в ее состав компонент.
Тем не менее, ученые уже придумали несколько способов, с помощью которых можно бороться с этой проблемой, и построили квантовые компьютеры, в состав которых входит несколько десятков кубитов. Так, в течение прошлого года сразу несколько групп сообщили о создании квантовых вычислителей, состоящих из 49 (IBM), 51 (группа Михаила Лукина) и 53 (группа Кристофера Монро) кубитов. Более того, с помощью построенных компьютеров ученые открыли новые эффекты, которые нельзя было рассчитать на классических компьютерах. Таким образом, ученые уже практически достигли квантового превосходства.
В то же время, в июне 2016 года группа исследователей из Google под руководством Джона Мартиниса (John Martinis) построила квантовый компьютер, состоящий из девяти сверхпроводниковых кубитов (кубитов на основе джозефсоновского перехода), соединенных в цепочку. Главной особенностью этого компьютера была высокая надежность: при считывании состояний ошибки возникали примерно в одном случае из ста, при работе однокубитного логического вентиля (single-qubit gate) вероятность ошибки составляла примерно 0,1 процента, а для двухкубитного вентиля — менее 0,6 процента. Это позволило ученым предположить, что в будущем систему можно будет легко масштабировать.
Действительно, вчера компания Google сообщила о создании 72-кубитного квантового процессора, построенного по той же схеме, что и его 9-кубитный предшественник. В новом компьютере кубиты соединены не в цепочку, а образуют два квадратных массива 6×6, расположенных друг над другом. Это позволяет отслеживать и исправлять ошибки, возникающие во время вычислений. Пока что компания не раскрывает подробных характеристик построенного устройства, однако утверждает, что оно позволяет достичь квантового превосходства.
Чтобы подтвердить свое заявление, ученые теоретически оценили, при каких условиях построенную систему нельзя будет смоделировать на классическом компьютере. Согласно с их расчетами, для этого в ее состав должно входить не менее 49 кубитов, «глубина» (circuit depth) должна превышать 40 кубитов, а вероятность ошибки в двухкубитном логическом элементе должна быть не выше 0,5 процента. Для построенного компьютера эти требования выполняются.
В ноябре прошлого года сразу две группы ученых по-разному реализовали алгоритм, позволяющий отслеживать и исправлять ошибки, неизбежно возникающие при квантовых вычислениях, еще раньше о разработке процессора с автоматическим исправлением ошибок сообщала IBM. В декабре физики из Австралии и Нидерландов предложили интегральную схему для квантового компьютера, на которой можно легко разместить несколько тысяч кубитов на основе квантовых точек, а в январе экспериментально изготовили такие кубиты.
The goal of the Google Quantum AI lab is to build a quantum computer that can be used to solve real-world problems. Our strategy is to explore near-term applications using systems that are forward compatible to a large-scale universal error-corrected quantum computer. In order for a quantum processor to be able to run algorithms beyond the scope of classical simulations, it requires not only a large number of qubits. Crucially, the processor must also have low error rates on readout and logical operations, such as single and two-qubit gates.
Today we presented Bristlecone, our new quantum processor, at the annual American Physical Society meeting in Los Angeles. The purpose of this gate-based superconducting system is to provide a testbed for research into system error rates and scalability of our qubit technology, as well as applications in quantum simulation, optimization, and machine learning.
The guiding design principle for this device is to preserve the underlying physics of our previous 9-qubit linear array technology1, 2, which demonstrated low error rates for readout (1%), single-qubit gates (0.1%) and most importantly two-qubit gates (0.6%) as our best result. This device uses the same scheme for coupling, control, and readout, but is scaled to a square array of 72 qubits. We chose a device of this size to be able to demonstrate quantum supremacy in the future, investigate first and second order error-correction using the surface code, and to facilitate quantum algorithm development on actual hardware.
Before investigating specific applications, it is important to quantify a quantum processor’s capabilities. Our theory team has developed a benchmarking tool for exactly this task. We can assign a single system error by applying random quantum circuits to the device and checking the sampled output distribution against a classical simulation. If a quantum processor can be operated with low enough error, it would be able to outperform a classical supercomputer on a well-defined computer science problem, an achievement known as quantum supremacy. These random circuits must be large in both number of qubits as well as computational length (depth). Although no one has achieved this goal yet, we calculate quantum supremacy can be comfortably demonstrated with 49 qubits, a circuit depth exceeding 40, and a two-qubit error below 0.5%. We believe the experimental demonstration of a quantum processor outperforming a supercomputer would be a watershed moment for our field, and remains one of our key objectives.
We are looking to achieve similar performance to the best error rates of the 9-qubit device, but now across all 72 qubits of Bristlecone. We believe Bristlecone would then be a compelling proof-of-principle for building larger scale quantum computers. Operating a device such as Bristlecone at low system error requires harmony between a full stack of technology ranging from software and control electronics to the processor itself. Getting this right requires careful systems engineering over several iterations.
We are cautiously optimistic that quantum supremacy can be achieved with Bristlecone, and feel that learning to build and operate devices at this level of performance is an exciting challenge! We look forward to sharing the results and allowing collaborators to run experiments in the future.
Топологические изоляторы, оптические схемы квантовых компьютеров и др.
06 Март 2018 16:20 #20
инфолиократ
Сразу заметил новую тему, жаль стартпост датирован 2014 годом, зато речь о нобелевке 2016-го...
Как когда-то сказал Хайдук- начнем потихонечку:
1. очень порадовала очевидная ненужность непрерывности да еще в процессах, в названии которых есть топологиЯ, которую считал в прошлом веке "рожденную непрерывностями и бесконечностями"... а не дитятком квантов (вездесущих). А тут такой великолепный, наглядный пример нераскриптографирования (влезешь в ВИХРЬ с метлой и а сапогах - в микроскоп- разрушишь то, что хотел увидеть...)
N+1: Зачем нужны топологические состояния?
А.Р.: Топологические состояния можно назвать защищенными. Если у вас есть какая-то топологическая характеристика, то ее очень трудно изменить. Например, вихрь — он крутится в одну сторону. Пока вы его полностью не разрушите, он будет продолжать крутиться вправо, а не влево. Это очень хорошо соответствует требованиям, которые предъявляются для квантовых компьютеров.
Квантовые системы, на которые полагаются эти устройства, должны быть хорошо защищены от декогеренции — нарушений, связанных с внешними взаимодействиями. Поэтому исследователи всячески стараются создать носители для квантовых компьютеров, которые были бы топологически защищены от окружающего мира.
2.тоже интересно:Vladimirovich wrote:
А что он умеет считать?
Все ТРИ составляющих важны (если так: А что, ... удивление), А что именно такого необыкновенного (выше отмечено, что после ...)
при каких условиях построенную систему нельзя будет смоделировать на классич
Warning: Spoiler![ Click to expand ][ Click to hide ]
еском компьютере. Согласно с их расчетами, для этого в ее состав должно входить не менее 49 кубитов, «глубина» (circuit depth) должна превышать 40 кубитов, а вероятность ошибки в двухкубитном логическом элементе должна быть не выше 0,5 процента. Для построенного компьютера эти требования выполняются.
3. момент, просто инфолиодилетантски интересен (голая сермяжная правда):
3.1. был раньше 3*3 = предыдущий 9-кубитный квантовый компьютер, построенный компанией и имеющий низкий процент ошибок при вычислениях.
3.2. "вчерашний свежачок"6*6*2 = вчера компания Google сообщила о создании 72-кубитного квантового процессора, построенного по той же схеме, что и его 9-кубитный предшественник. В новом компьютере кубиты соединены не в цепочку, а образуют два квадратных массива 6×6, расположенных друг над другом. Это позволяет отслеживать и исправлять ошибки, возникающие во время вычислений.
3.3. внимание, вопрос. Почему "обидели" "кубитный компик КК=5*5*2 = 50.
4*4 над 4*4 = 32 "НЕ ТЯНЕТ": в ее состав должно входить не менее 49 кубитов, «глубина» (circuit depth) должна превышать 40 кубитов
Отсутствие ответа считаю ответом "точным": А ПОТОМУ ЧТО... .свыше виднее, но возможно именно "в точке 7*7=49 ку" и прячется СУТЬ НАРАСТАНИЯ ОШИБОК... З павагай да неабыякавых (на своем Г+ написал не зря так: Учусь GOOGLE ...)
На основе этой технологии ученые надеются создать новые квантовые компьютеры, работающие с гораздо меньшим количеством ошибок[ Click to expand ][ Click to hide ]
ТАСС, 7 апреля. Физики из Google создали на основе концепции топологических квантовых вычислений квантовую вычислительную систему. Эту концепцию в 1997 году сформулировал российский физик Алексей Китаев. Статью с результатами работы ученые опубликовали в arXiv.org.
“Согласно результатам наших исследований, уже существующие квантовые процессоры, подобные Sycamore, можно использовать для разработки технологий коррекций ошибок в работе квантовых компьютеров, а также для изучения свойств топологических фаз материи", – пишут исследователи.
Квантовыми компьютерами называют вычислительные устройства, в основе работы которых лежат принципы квантовой механики. В отличие от обычных компьютеров, в которых для передачи и обработки данных используются биты – единицы информации, которые содержат либо 1, либо 0, квантовые компьютеры оперируют кубитами – ячейками памяти и примитивными вычислительными модулями, которые могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу. Благодаря этому квантовые компьютеры могут обрабатывать большие объемы информации во много раз быстрее обычных – даже если это суперкомпьютеры с огромными вычислительными мощностями.
Полноценных квантовых компьютеров ученые пока не создали. Сейчас существуют только их прототипы – например, в 2017 году физик из Гарвардского университета Михаил Лукин рассказал о создании 51-кубитного прототипа, а компания Google в 2019-м году – о 53-кубитном прототипе под названием Sycamore, в начале декабря 2020 года китайские ученые создали фотонный квантовый компьютер "Цзю Чжан".
Как правило, кубиты могут находиться в состоянии, необходимом для работы квантового компьютера, очень недолго. Дело в том, что случайные взаимодействия с объектами окружающего мира могут разрушить квантовое состояние, в котором они находятся, и разорвать связи, объединяющие их с соседними квантовыми ячейками памяти. Чтобы продлить это время, ученые пытаются различными способами изолировать кубиты от окружающей среды и корректировать ошибки в их работе.
В конце прошлого века российский физик Алексей Китаев предложил решить эту проблему иначе. Согласно его идее, защищать кубиты от выхода из квантового состояния будут сами законы квантовой физики. Системы, в которых реализован такой подход, физики называют топологическими квантовыми компьютерами – поскольку информация в них кодируется не в свойствах отдельных атомов или других квантовых объектов, а в структуре связей и истории взаимодействий между ними.
Физики из Google и ведущих университетов США, Великобритании, Франции и Германии, среди которых был и сам Алексей Китаев, впервые провели подобные вычисления на практике. Они работали на прототипе квантового компьютера Sycamore.
Используя примерно половину его кубитов и новые методы манипулирования их свойствами, физики перевели их в состояние, идентичное тому, в котором должны находиться отдельные блоки топологического квантового компьютера. Это позволило понять, могут ли разные помехи вывести эту систему из строя, а также детально изучить взаимодействия логических и физических кубитов при выполнении некоторых вычислительных операций.
Дальнейшие эксперименты подтвердили, что эта система ведет себя так, как это предсказывает теория, а также показали, что аналогичным образом можно кодировать и более сложные топологические вычислительные системы, в которых больше логических кубитов.
Ученые надеются, что результаты их работы ускорят создание квантовых компьютеров нового поколения, которые не были бы подвержены внешним воздействиям и работали бы с минимальным количеством ошибок.
The discovery of topological order has revolutionized the understanding of quantum matter in modern physics and provided the theoretical foundation for many quantum error correcting codes. Realizing topologically ordered states has proven to be extremely challenging in both condensed matter and synthetic quantum systems. Here, we prepare the ground state of the toric code Hamiltonian using an efficient quantum circuit on a superconducting quantum processor. We measure a topological entanglement entropy near the expected value of ln2, and simulate anyon interferometry to extract the braiding statistics of the emergent excitations. Furthermore, we investigate key aspects of the surface code, including logical state injection and the decay of the non-local order parameter. Our results demonstrate the potential for quantum processors to provide key insights into topological quantum matter and quantum error correction.
Ученые Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США достигли эффективной квантовой связи между двумя устройствами, генерирующими квазичастицы магноны. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, могут быть полезны для создания новых квантовых компьютеров. Кратко о научной работе рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.
Книга написана и издана в Одессе. Это первая в мире и пока единственная книга об этом. Издана в 2020 году. Автор к сожалению умер. Я не успел с ним пообщаться - я не знал что такой исследователь живет в Одессе