Gen Gen: Google の量子人工知能が初めて非アーベル人アニオンを織り込む

文/チェン・ゲン

最近、Nature 誌に掲載された最新の論文によると、Google は自社の超伝導量子プロセッサを使用して非アーベル人アノンの奇妙な動作を観察し、この現象を利用して量子計算を実行する方法を実証しました。その直後、量子コンピューティング企業Quantinuumは、Googleの当初の発見を補足する研究結果を発表した。この発見は、トポロジカル量子コンピューティングの新しい道を切り開きます。このコンピューティングでは、織りロープのように非アーベルのアニオンを一緒に巻き付けることによって演算が実行されます。

いわゆる非アーベル型アニオンは、トポロジカル量子コンピューティングとトポロジカル量子場の理論における広範な研究を惹きつけている粒子モデルです。アニオンは、ボソンやフェルミ粒子とは異なる、二次元以上の位相系に存在する粒子です。量子力学における統計粒子の一種である非アーベルアニオンは、その統計的交換挙動が交換順序だけでなく粒子の内部状態にも依存する特別なタイプのアニオンです。同時に、非アーベルanyonsも、トポロジカル量子コンピューティングでフォールトトレランスを実現するために使用できる安定した量子ビットであると考えられています。トポロジカル量子コンピューティングは、トポロジカル特性を使用して量子情報を保存および操作する、新しいタイプの量子コンピューティング モデルです。非アーベル型アニオンはトポロジカル量子ビットのキャリアとして、いくつかの特別な特性を持っており、たとえば、量子状態をエンタングルして符号化し、環境の摂動から保護することができます。

「非アベル人アノンの奇妙な行動に関するこの最初の観察は、現在量子コンピューターを使用してアクセスできるエキサイティングな種類の現象を本当に浮き彫りにしています。」と Google の量子 AI チームのメンバーであるトロン I. アンダーセン氏は述べています。 2 つの同一のオブジェクトが前後に交換されているのがわかりますが、このルールはアーベル人以外の人によって破られる可能性があります。量子力学はこの考えをサポートしていますが、それは 3 次元の世界でのみです。二次元平面にグラフトされた場合、量子力学により、何か奇妙なことが起こる可能性があります。非アーベル人は、同一であるにもかかわらず、そのうちの 2 つがいつ交換されたかを知ることができる記憶を保持します。

一連の実験で、Google の研究者は、非アーベル型アニオンの挙動と、それらがより一般的なアーベル型アニオンとどのように相互作用するかを調べました。2 種類の粒子が互いに絡み合うと、奇妙な現象が引き起こされます。粒子が不思議なことに消えたり、再び現れたり、それらは互いに絡み合い、衝突しながら、あるタイプから別のタイプに変形します。

研究チームは、非アーベルのアニオンの特徴を観察しました。それらのうちの 2 つが交換されると、そのシステムの量子状態に測定可能な変化が引き起こされます。これは、これまで観察されたことのない驚くべき現象です。同時に研究チームは、量子コンピューティングで非アーベル人アニオンの織り込みを使用する方法も実証しました。いくつかの非アーベル人アニオンを織り交ぜることにより、グリーンバーガー・ホーン・ツァイリンガー状態として知られる量子もつれ状態を作り出すことができました。

「非アーベル系 Anyon が将来、量子コンピューティングでどのように使用されるか、そしてその特異な動作がフォールトトレラントなトポロジカル量子コンピューティングの鍵となり得るかどうかを見るのは非常に興味深いでしょう。」 Google 量子 AI チームの Trond 氏 Andersenyu言った。

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