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潘建伟团队拓扑量子计算再获进展,成果已发《自然·物理学》

日期:2022年06月05日

       记者从中国科学技术大学获悉, 潘建伟教授及其同事袁振生、陈宇奥等人近日首次通过量子控制的手段发现了超冷原子系统中处于拓扑量子态的任意准粒子在世界上。
       并证实了任意子的分数统计特性,

这是实现拓扑量子计算的重要一步。
       国际权威学术期刊《自然物理学》近日发表了该成果。构成物质世界的基本粒子通常根据它们携带的自旋分为两类:具有整数自旋的玻色子(如光子)和具有半整数自旋的费米子(如电子)。但在 1977 年, 两位挪威科学家提出了一个令人惊讶的新理论:在二维空间中, 某些粒子的行为服从玻色统计和费米统计之间的新分数统计。在由这种奇异粒子组成的物理系统中, 波函数在交换两个粒子的坐标时并不反映对称性或反对称性, 而是得到一个任意的相位因子。美国物理学家、诺贝尔物理学奖获得者维尔泽克将这类准粒子命名为任意子。在提出任意子理论后不久, 物理学家在实验中发现了它。然而, 如何通过实验直接观察任意子交换产生的拓扑相, 进而验证其分数统计性质, 一直是一个巨大的实验挑战。
       一些学者提出了一个大胆的想法, 即利用拓扑材料保护量子比特,

并操纵材料中的任意子进行量子计算。理论研究表明拓扑量子计算可实现高容错, 鼓舞科学家对开发量子计算机的热情。十多年前, 潘建伟的研究团队开始了拓扑量子计算的研究, 并取得了一系列成果。近日, 他们创造性地搭建了新的实验系统, 并开发出独特的量子控制技术, 开发了自旋相关的超晶格系统来捕获和操纵超冷原子, 并成功操纵了光学晶格中约800个超冷原子, 同时, 约200个四产生原子自旋纠缠态。
       他们首次观察到四体环交换相互作用, 并通过原子自旋的微波反转实现了任意子之间的编织交换过程。首次在光晶格系统中直接观察到任意子交换产生的分数拓扑。阶段。据介绍, 该研究成果的实现为进一步研究任意子的拓扑性质提供了新的实验平台和手段, 将推动拓扑量子计算和晶格规范场量子模拟等领域的研究进展。

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