中國科大在拓?fù)淞孔佑嬎泐I(lǐng)域取得重要進(jìn)展
中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊在拓?fù)淞孔佑嬎泐I(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊成員與英國利茲大學(xué)科研人員合作，利用自主搭建的光量子模擬器計算了基于馬約拉納零模拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的瓊斯多項式。該團(tuán)隊通過模擬馬約拉納零模的編織操作，計算了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的扭結(jié)對應(yīng)的瓊斯多項式，所得的瓊斯值可以實現(xiàn)對不同扭結(jié)結(jié)構(gòu)的區(qū)分。12月5日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》上。 }b)?o@9}:
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實現(xiàn)馬約拉納零模交換操作的實驗裝置圖 +\"@2mOH{+
瓊斯多項式是扭結(jié)的一個重要拓?fù)洳蛔兞浚梢员挥脕韰^(qū)分不同的扭結(jié)結(jié)構(gòu)。同時，復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的瓊斯多項式計算使用經(jīng)典算法難以求解。利用馬約拉納零模這一非阿貝爾任意子系統(tǒng)，可以通過構(gòu)建相應(yīng)的編織操作來計算扭結(jié)的瓊斯多項式。不同于三維空間中交換兩個全同的玻色子或費米子，系統(tǒng)整體波函數(shù)僅會多出一個整體相位；對于二維空間中具有特殊性質(zhì)的“非阿貝爾任意子”，其交換后的整體波函數(shù)會經(jīng)歷一個幺正變換，因此，可以通過對非阿貝爾任意子的交換操作構(gòu)造量子門，實現(xiàn)具有天然容錯特性的拓?fù)淞孔佑嬎恪Ｒ延袑嶒灩ぷ餮芯苛笋R約拉納零模的物理特性，但由于實驗材料及技術(shù)的要求高，通過編織馬約拉納零模實現(xiàn)特定的拓?fù)淞孔铀惴H具挑戰(zhàn)性。 @#*B|lHE
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基于光子空間模式的量子模擬器，該團(tuán)隊開展了一系列模擬非阿貝爾任意子拓?fù)涮匦缘膶嶒炑芯俊Ｔ诖嘶A(chǔ)上，該團(tuán)隊將之前基于單光子空間模式的編碼方式擴(kuò)展到雙光子的空間模式，利用雙光子的符合計數(shù)進(jìn)行編碼，有效提高了可編碼量子態(tài)的數(shù)量。同時，通過引入基于薩格納克干涉儀的量子冷卻裝置，將此前工作中的耗散式演化轉(zhuǎn)換為非耗散演化，提升了裝置對光子資源的回收利用能力，有助于實現(xiàn)多步驟的量子演化操作。這些改進(jìn)的實驗技術(shù)提升了自主研制光量子模擬器的能力，為實驗?zāi)M3條基塔耶夫鏈模型下馬約拉納零模的編織操作奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。實驗中，量子態(tài)與編織交換過程的平均保真度均在97%以上。 ""d3ownKhw
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該團(tuán)隊通過組合3條基塔耶夫鏈模型下馬約拉納零模不同的編織操作，模擬了5種典型的拓?fù)渑そY(jié)，通過將扭結(jié)對應(yīng)的量子末態(tài)向初始量子態(tài)投影，得到了扭結(jié)對應(yīng)的瓊斯多項式的數(shù)值解，進(jìn)一步將不同扭結(jié)進(jìn)行區(qū)分。這對統(tǒng)計物理、化學(xué)分子合成和DNA復(fù)制等拓?fù)渑そY(jié)頻繁出現(xiàn)的研究領(lǐng)域具有啟示意義。 ln3x1^!
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研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、安徽省的支持。 z<: 9,wtbP
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論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.230603
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