量子信息最新进展：将破坏作用转化为保护方式

非埃尔米特拓扑和开放量子系统的插图。（图片来源：网络）

研究人员找到了一种新方法来预测多体量子系统与其环境耦合的行为。这项工作保护了量子设备中的量子信息，对于量子技术的实际应用至关重要。

该研究发表在《物理评论快报》上，芬兰阿尔托大学和清华IAS的研究人员提出了一种新方法，可以预测量子系统（如粒子群）在连接到外部环境时的行为。通常，将量子计算机等系统连接到外部环境时，会产生退相干和泄漏，从而破坏有关系统内部发生的任何信息。现在，研究人员开发了一种新技术，可以将破坏量子信息的相互作用转化为保护量子信息的方式。

该研究由阿尔托博士研究员Guangze Chen在Jose Lado教授的指导下，与清华IAS的Fei Song合作进行。他们的方法结合了两个领域的技术：量子多体物理学和非埃尔米特量子物理学。

防止退相干和泄露

量子系统中最有趣和最强大的现象之一是多体量子相关性。了解这些并预测它们的行为至关重要，因为它们表现了量子计算机和量子传感器关键组件的独特特性。当物质与环境隔离时，虽然在预测量子相关性方面已经取得了很多进展，但到目前为止，科学家们还没有做到精准预测。

在这项新研究中，研究人员表示，在适当的情况下，将量子设备连接到外部系统可能是一种优势。当量子器件承载于非埃尔米特拓扑时，它会受到量子激发。这些开放量子系统可能会生成量子技术的颠覆性新策略，这些策略利用外部耦合来保护信息免受退相干和泄漏的影响。

从理想化条件到现实世界

该研究建立了一种新的理论方法来计算量子粒子与环境耦合时的相关性。Chen说：“对于同时呈现耗散和量子多体相互作用的量子相关问题，可以通过我们开发的方法解决。作为概念验证，我们展示的系统拥有24个具备拓扑激励相互作用的量子比特。”

Lado教授说：“我们的方法有助于将量子研究从理想化实验转移到实际应用。预测相关量子物质的行为是量子材料和器件理论设计的关键。然而，当考虑量子系统与外部环境耦合的现实情况时，这个问题的难度会变得更大。我们的结果推进了该问题的解决方案，在实际条件下，为理解量子技术和预测量子材料和器件提供了新的方法。”

编译：卉可

编辑：慕一

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