Eun-Ah Kimprofessore di fisica al College of Arts and Sciences, e i ricercatori di Google riportano la prima dimostrazione di particelle bidimensionali, chiamate anioni non abeliani, che sono l’ingrediente chiave per realizzare la topologia informatica quantisticaun metodo promettente per introdurre la resistenza ai guasti nel calcolo quantistico.
Hardware per la ricottura di calcolo quantistico. I brillanti quadrati di monitoraggio sono meandri a pettine e la spaziatura dei cavi forma un reticolo di diffrazione sintonizzato su una specifica lunghezza d’onda della luce. Credito immagine: D-Wave tramite FlickrCC BY 2.0
“Intrecciatura non abeliana dei vertici del grafico in un processore superconduttore” pubblicato su Nature. L’esperimento con Google Quantum AI, pubblicato per la prima volta su arXiv a ottobre, è basato su la teoria rivoluzionaria pubblicato anche su arXiv in ottobre e pubblicato a marzo da Kim e dal coautore Yuri Lensky, un ex ricercatore post-dottorato nel Laboratorio di fisica atomica e dello stato solido.
Teorizzato per 40 anni ma non realizzato in teoria o esperimento fino al 2022 da Kim e collaboratori, gli anyon non abeliani possono, in alcuni sistemi 2D, produrre una registrazione misurabile del loro movimento quando due di loro si scambiano di posizione. Conservano una sorta di memoria, che permette di capire quando due di loro sono stati scambiati, pur essendo completamente identici.
Il percorso risultante attraverso lo spazio-tempo, noto come “treccia”, potrebbe proteggere bit di informazioni quantistiche memorizzandoli in modo non locale e potrebbe essere utilizzato in una piattaforma per bit quantistici protetti (qubit), ha affermato Kim.
Gli sperimentatori di Google hanno utilizzato uno dei loro processori quantistici superconduttori per osservare per la prima volta il comportamento peculiare degli anioni non abeliani e hanno dimostrato come questo fenomeno potrebbe essere utilizzato per eseguire calcoli quantistici. Man mano che il campo si sviluppa, i sistemi di calcolo quantistico per la correzione degli errori basati sui qubit saranno necessari per il calcolo quantistico.
Seguendo il protocollo stabilito nel lavoro teorico di Kim e Lensky, gli sperimentatori di Google Quantum AI hanno creato e spostato fisicamente gli anyon non abeliani su una griglia 2D di qubit simile a una scacchiera. Per realizzare gli anoni non abeliani, hanno allungato e schiacciato lo stato quantico dei qubit disposti sulla griglia, lasciando che i qubit formassero grafici più generali.
Sebbene supportata da una solida matematica, ha detto Kim, una semplice intuizione geometrica e creativa è al centro sia della teoria che dell’esperimento che realizza gli anioni non abeliani nel mondo fisico.
“Avevamo bisogno di introdurre un nuovo quadro teorico basato sulla matematica delle teorie di gauge”, ha detto Kim, “per implementare le oscillazioni del bordo sul dispositivo e prevedere i risultati delle misurazioni quantistiche.
“Sembra semplice, ma le particelle ricordano la storia”, ha detto Kim. “Se vuoi che questa sia la tecnologia del futuro, vuoi che sia semplice e diretta.”
In una serie di esperimenti, i ricercatori di Google hanno osservato il comportamento di questi anoni non abeliani e il modo in cui interagivano con le particelle più banali nella configurazione. Intrecciare i due tipi di particelle l’uno attorno all’altro ha portato a fenomeni bizzarri; le particelle sono scomparse, sono riapparse e hanno cambiato forma da un tipo all’altro, hanno detto i ricercatori di Google.
Ancora più importante, i ricercatori hanno osservato il comportamento caratteristico degli anyon non abeliani che i ricercatori hanno cercato per anni: lo scambio di due di loro ha causato un cambiamento misurabile nello stato quantico del loro sistema.
Infine, hanno dimostrato come l’intrecciatura di anioni non abeliani potrebbe essere utilizzata nei calcoli quantistici, creando un noto stato di entanglement quantistico chiamato stato di Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) intrecciando insieme diversi anioni non abeliani.
Kim, copresidente di Cornell’s Scienza e tecnologia quantistica Collaborazione radicale iniziativa, chiamata cosìlavorare un importante progresso sia nella fisica della materia condensata che nell’informatica quantistica e nella scienza dell’informazione.
“Le nostre osservazioni rappresentano un’importante pietra miliare nello studio dei sistemi topologici e presentano una nuova piattaforma per esplorare la ricca fisica degli anioni non abeliani”, ha affermato Kim. “Inoltre, attraverso la futura inclusione della correzione degli errori, apre un nuovo percorso verso il calcolo quantistico con tolleranza ai guasti”.
Fonte: Università Cornell
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
