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上海纽约大学最新研究:用马约拉纳费米子实现量子隐形传态
2021-03-16 17:21
上海纽约大学
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  上海纽约大学和中国科学技术大学科学家共同发现了隐形传输由马约拉纳费米子(Majorana fermions)构成的量子态的新方法,这一发现可以带来大型稳定量子计算和量子存储设备的发展。上海纽约大学物理学助理教授Tim Byrnes和他的博士生Marek Narożniak,与来自中国科学技术大学潘建伟教授与朱晓波教授的团队及其它科研机构合作开展了此项研究。其成果于3月3日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters),题为Emulating Quantum Teleportation of a Majorana Zero Mode Qubit。

  隐形传态(Teleportation)是一种传输量子态的方法,无论两个位置之间相隔多远、有何阻碍,这种方法都可使一个物体的量子态从一个位置即刻传输到另一位置,这一技术在量子计算机信息传输中至关重要。

  在此次研究中,Byrnes教授和Narożniak用马约拉纳费米子构造了拓扑量子态。马约拉纳费米子是建造拓扑量子计算机的有力备选材料,而由此构建的拓扑量子态更不容易出现错误。

  为实现隐形传态,研究团队将这些态编织成不同的量子态。“你可以把这个过程想象成编辫子,不同的‘辫子’就是你对量子态实施的不同操作。量子态包含的信息取决于当下‘辫子’是如何编的,”Narożniak解释道,“我们编的‘辫子’能够满足隐形传态的条件,所以我们基于此开发了一个隐形传态的算法。”

  由于仅凭现有技术难以搭建为实现隐形传态研究的拓扑系统,Byrnes教授与Narożniak决定与中国科学技术大学博士后、文章共同第一作者黄合良合作,使用中科大超导量子比特处理器(Superconducting Qubit Quantum Processor),对提出的方法进行实验模拟。结果表明,拓扑隐形传态模式如预期运行成功。这个实验也为未来研究者使用超导量子比特处理器进行拓扑系统模拟提供了借鉴。

  研究团队同时也发现了一种在模拟实验中探测量子错误的新方法。得益于这种方法,他们能够排除出现错误的量子,将量子模拟的保真度提高近15%。

  “Marek最先提出了用马约拉纳费米子来实现隐形传态,这是个很棒的提议。问题在于,使用这种类型的马约拉纳费米子无法构造所有的量子门。但因为量子隐形传态恰好只能通过编织量子门实现,所以这个提议非常适用于我们的研究,” Byrnes教授说,“我认为大家会对这个实验印象深刻,并且这个实验也为未来对拓扑量子计算的量子模拟定下了标准。”他们的团队将继续对编织态的应用进行研究。

  该研究由上海纽约大学与中国科学技术大学等合作完成。中国科学技术大学博士后黄合良与上海纽约大学博士生Marek Narożniak为文章的共同第一作者,中国科学技术大学朱晓波教授为文章的通讯作者。

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