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物理学家用斐波那契序列爆破量子计算机以使其工作

来源:网络

一组物理学家表示,他们通过向科罗拉多州的量子计算机发射读取斐波那契序列的激光脉冲,成功地创造了物质的新相。物质相依赖于斐波那契序列的一个转折点,以在量子状态中保持更长时间。

正如普通物质可以是固态、液态、气态或过热的等离子体相一样,量子材料也有相。相位是指物质在原子水平上的结构,例如原子或电子的排列。几年前,物理学家发现了一种量子超固体,去年,一个团队在模拟器中证实了量子自旋液体的存在,这是一种长期以来被怀疑的量子物质相。最近的团队认为他们发现了另一个新阶段。

量子比特(Quantum bits)与普通计算机比特类似,因为它们的值可以是0或1,但它们也可以同时是0或l,这是一种模糊状态,允许计算机比普通计算机更快地考虑许多可能的问题解决方案。量子计算机最终应该能够解决经典计算机无法解决的问题。

量子比特通常是原子;在最近的案例中,研究人员使用了10个镱离子,这些离子由电场控制,并使用激光脉冲进行操作。当多个量子比特的状态可以相互描述时,这些量子比特被认为是纠缠的。量子纠缠是一个系统中多个量子比特之间的微妙协议,当其中任何一个比特的值确定时,协议就被解除了。此时,系统解相干,量子操作崩溃。

量子计算的一大挑战是保持量子比特的量子状态。温度、振动或电磁场的轻微波动会导致超灵敏量子位退聚,其计算结果也会崩溃。由于量子比特保持量子状态的时间越长,你能做的事情就越多,因此让计算机的量子状态尽可能长地保持下去是这个领域的关键一步。

在最近的研究中,以10个镱量子比特周期性地脉冲激光,使它们保持量子状态,即纠缠1.5秒。但当研究人员按照斐波那契序列的模式对激光器进行脉冲处理时,他们发现系统边缘的量子比特在整个实验过程中保持量子状态约5.5秒(量子比特可能会保持更长时间,但团队以5.5秒的标记结束实验)。

你可以把斐波那契序列激光脉冲想象成两个永远不会重叠的频率。这使得脉冲成为准晶体:一种有秩序但没有周期性的模式。

斐波那契数列是一种数字模式,其中每个数字都是前两个数字(如1、1、2、3、5、8、13等)的和。它的历史可以追溯到2000多年前,与所谓的黄金比率有关。现在,这个独特的系列可能具有量子意义。

“事实证明,如果你以正确的方式设计激光脉冲,你的量子系统可以具有来自时间转换的对称性,”该论文的主要作者量子物理学家菲利普·杜米特里斯库说。时间平移对称性意味着实验将产生相同的结果,无论它发生在今天、明天还是100年后。

我们意识到,通过使用基于斐波那契模式的准周期序列,可以让系统表现得好像有两个不同的时间方向。

用周期性(简单的a-B-a-B)模式的激光脉冲发射量子比特并没有延长系统的量子状态。但通过以斐波那契序列(a-AB-ABA-ABAAB等)脉冲激光,研究人员给了量子比特一个非重复或准周期的模式。

它类似于三一核试验场的准晶,但不是三维准晶,物理学家及时制造了准晶。在这两种情况下,存在于较高维度的对称可以投影到较低维度,就像二维Penrose瓷砖中的镶嵌图案一样。

有了这种准周期序列,就有了一个复杂的演化过程,它抵消了边缘的所有错误。正因为如此,边缘保持量子力学相干的时间比你预期的要长得多。斐波那契模式激光脉冲使边缘量子比特更加稳健。

更健壮、寿命更长的量子系统是未来量子计算的重要需求。