去年，Quantinuum领导的一个科学家团队宣布，他们能够在量子处理器中实现并控制一种被称为非阿贝尔拓扑秩序的物质状态。该团队在预印本文献库ArXiv上发表了他们的研究结果，概述了他们是如何实现许多专家认为遥远的进步的——如果可能的话——以及科学家们希望这可能是朝着彻底改变我们处理量子计算的方式迈进的。
这一进展现在已经在《Nature》期刊上进行了正式的同行评审，标志着科学进程中又迈出了重要一步，甚至可能是探索容错量子计算机的重要一步。容错量子计算机是一种可以以前所未有的精度和效率处理操作的量子设备。
该团队写道：“我们的关键发现是，非阿贝尔拓扑序可以通过实验以与表面码等阿贝尔态相当的高保真度制备。”。“非阿贝尔态是理论上已知存在的最复杂的纠缠量子态之一，有望用于新型量子信息处理。它们的实现证明了量子器件的快速发展，并提出了几个新问题。”
什么是非贝利拓扑序，为什么它很重要？
非阿贝尔拓扑秩序是一种复杂而难以捉摸的物质状态，其特征是其独特的准粒子，称为任意子，具有非凡的能力来记住它们交换的序列。这些任意论的激发不仅仅是科学上的好奇心；科学家们相信，它们可以作为构建量子计算机的基石，这些计算机可以在不屈服于困扰当前量子系统的错误的情况下运行。
科学家们使用Quantinum的H2捕获离子量子处理器进行了这项研究，他们成功地建立了一个非常基本的（最低能量或基态）量子系统，使用27个量子比特或量子位，以一种称为戈姆晶格的特定几何模式排列。这种设置展示了一种特殊的组织——称为D4拓扑序——它非常稳定，具有强大的量子计算应用潜力。可以将其视为使用上述遵循量子力学规则的构建块来创建一个复杂而稳定的结构。这将为以传统计算机无法实现的方式存储和操作信息提供新的可能性。
每个站点的保真度超过98.4%，与更熟悉的阿贝尔态不相上下，这是一个令人印象深刻的数字。例如表面代码，传统上以其鲁棒性和容错性而闻名。
科学家们描述了他们的方法，称“通过在时空中沿着波罗米环创建和移动任意子，任意子干涉测量法检测到一个本质上非阿贝尔编织过程。”
需要创新技术
研究人员指出了非Abelian的反直觉性质，以及在量子系统中使用创新技术来操纵它们的必要性。该团队还展示了在环面周围隧穿这些非阿贝尔的能力，揭示了所有22个基态和一个带有单个任意子的激发态——这是非阿贝尔拓扑秩序的标志。
根据这篇论文，本实验中使用的D4模型需要一个用于状态切换的线性深度电路，这为增强对位翻转噪声的抵抗提供了有趣的可能性。比特翻转是一个让量子科学家头疼的小故障。它指的是一种错误量子位，它应该处于0或1状态，但由于系统中的外部干扰或缺陷，意外地被翻转到相反的状态，即从0到1或从1到0。
研究人员补充道，该实验不需要哈密顿设置中通常需要的稳定策略。
展望未来，研究人员设想通过创新的方法来稳定这些状态，例如重复测量特定方程和任意子的战略配对。这种方法可以进一步提高量子系统的容错能力，突破量子计算的极限。
