一種預(yù)測量子器件行為的新方法為量子技術(shù)的實際應(yīng)用提供了至關(guān)重要的工具。

研究人員已經(jīng)找到了一種方法來預(yù)測多體量子系統(tǒng)與其環(huán)境耦合的行為。這項工作代表了保護量子設(shè)備中量子信息的一種方式，這對于量子技術(shù)的實際應(yīng)用至關(guān)重要。

在《物理評論快報》上發(fā)表的一項研究中，芬蘭阿爾托大學(xué)和中國清華IAS的研究人員報告了一種預(yù)測量子系統(tǒng)(如粒子群)在連接到外部環(huán)境時的行為的新方法。

通常，將量子計算機等系統(tǒng)連接到其環(huán)境會產(chǎn)生退相干和泄漏，從而破壞有關(guān)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的任何信息。現(xiàn)在，研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，可以將這個問題轉(zhuǎn)化為解決方案。

該研究由阿爾托博士研究員陳光澤在何塞·拉多教授的指導(dǎo)下，與清華IAS的宋飛合作進行。他們的方法結(jié)合了兩個領(lǐng)域的技術(shù)，量子多體物理學(xué)和非埃爾米特量子物理學(xué)。

防止退相干和泄漏

多體量子相關(guān)性是量子系統(tǒng)中最有趣和最強大的現(xiàn)象之一。了解這些并預(yù)測它們的行為至關(guān)重要，因為它們支撐著量子計算機和量子傳感器關(guān)鍵組件的奇特特性。

雖然當(dāng)物質(zhì)與環(huán)境隔離時，在預(yù)測量子相關(guān)性方面已經(jīng)取得了很大進展，但迄今為止，當(dāng)物質(zhì)與其環(huán)境耦合時，科學(xué)家們還沒有這樣做。

在這項新研究中，研究小組表明，在適當(dāng)?shù)那闆r下，將量子設(shè)備連接到外部系統(tǒng)可能是一種優(yōu)勢。當(dāng)量子器件承載于所謂的非埃爾米特拓撲時，它會導(dǎo)致受到可靠保護的量子激發(fā)，其彈性源于它們對環(huán)境開放的事實。

這些類型的開放量子系統(tǒng)可能會導(dǎo)致量子技術(shù)的顛覆性新策略，這些策略利用外部耦合來保護信息免受退相干和泄漏的影響。

從理想化條件到現(xiàn)實世界

該研究建立了一種新的理論方法來計算量子粒子與環(huán)境耦合時的相關(guān)性。

“我們開發(fā)的方法使我們能夠解決同時呈現(xiàn)耗散和量子多體相互作用的相關(guān)量子問題。作為概念驗證，我們展示了具有24個具有拓撲激勵的相互作用量子位的系統(tǒng)的方法，“陳說。

拉多教授解釋說，他們的方法將有助于將量子研究從理想化條件轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實世界的應(yīng)用。

“預(yù)測相關(guān)量子物質(zhì)的行為是量子材料和器件理論設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。然而，當(dāng)考慮量子系統(tǒng)與外部環(huán)境耦合的現(xiàn)實情況時，這個問題的難度會變得更大。我們的結(jié)果代表了解決這個問題的一步，為在量子技術(shù)的實際條件下理解和預(yù)測量子材料和器件提供了一種方法，“他說。

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