陳根：谷歌量子人工智能首次編織非阿貝爾任意子_風聞

文/陳根

日前，據《自然》雜誌最新發表的論文，谷歌使用他們的超導量子處理器觀察非阿貝爾任意子的奇特行為，並展示瞭如何使用這種現象來執行量子計算。緊隨其後，量子計算公司Quantinuum發佈的研究成果補充了谷歌的初步發現。這些研究成果為拓撲量子計算開闢了一條新途徑，其中的操作是通過將非阿貝爾任意子纏繞在一起來實現的，就像編織中的繩子一樣。

所謂非阿貝爾任意子，是一種在拓撲量子計算和拓撲量子場論中引起廣泛研究的粒子模型。任意子是在二維和更高維度的拓撲系統中，存在的一種不同於玻色子和費米子的粒子。作為量子力學中的一類統計粒子，非阿貝爾任意子是一種特殊類型的任意子，其統計交換行為不僅取決於交換的順序，還取決於粒子的內部狀態。同時，非阿貝爾任意子也被認為是一種穩定的量子比特，可以用於實現拓撲量子計算的容錯性。拓撲量子計算是一種新型的量子計算模型，通過利用拓撲性質來儲存和操作量子信息。非阿貝爾任意子作為拓撲量子比特的載體，具有一些特殊的性質，例如它們的量子態可以被糾纏編碼並保護免受環境的擾動。

“首次觀察到非阿貝爾任意子的奇異行為，確實突出了我們現在可以使用量子計算機訪問的令人興奮的現象類型。”谷歌量子AI團隊成員Trond I. Andersen説，難以想象本不可能看到的兩個相同的物體是否來回交換，卻有可能被非阿貝爾任意子打破這一規則。量子力學支持這種觀點，但僅限於在三維世界。如果嫁接到二維平面內，量子力學將允許一些奇怪的事情發生：非阿貝爾任意子保留着一種記憶，儘管它們完全相同，但可以分辨出它們中的兩個何時被交換了。

在一系列實驗中，谷歌的研究人員觀察了非阿貝爾任意子的行為，以及它們如何與更普通的阿貝爾任意子相互作用；而將兩種類型的粒子相互纏繞在一起則會產生奇怪的現象：粒子神秘地消失、重新出現，並在它們相互纏繞並碰撞時從一種類型轉變為另一種類型。

研究團隊觀察到非阿貝爾任意子的標誌：當其中兩個交換時，會導致其系統的量子態發生可測量的變化，這是一種以前從未觀察到的驚人現象。同時，研究團隊還展示瞭如何在量子計算中使用非阿貝爾任意子的編織。通過將幾個非阿貝爾任意子編織在一起，他們能夠創建一種眾所周知的量子糾纏態——Greenberger-Horne-Zeilinger態。

   “看看非阿貝爾任意子在未來如何用於量子計算，以及它們的奇特行為是否能成為容錯拓撲量子計算的關鍵，將是一件非常有趣的事情。”谷歌量子AI團隊的Trond Andersenyu説。