利用量子技术追踪“褶皱”：拓扑如何优化量子计算平台

利用量子技术追踪“褶皱”：拓扑如何优化量子计算平台

一张被揉皱的纸张与量子技术之间有何联系？某机构（瑞士）和康斯坦茨大学（德国）的一个研究团队利用微波光子学中的拓扑原理，改进耦合腔阵列（CCAs）系统。

更小、更通用、更强大：来自洛桑和康斯坦茨的物理学家团队开发了新型耦合腔阵列（CCAs）形式的先进量子技术组件。这些CCAs由无机化合物氮化铌制成，具有高动态电感特性，使其特别适用于超导应用，并成为未来量子计算机中优化量子比特的有前途的平台。它们还为量子模拟开辟了新的可能性，可作为受控模型系统来研究更复杂量子物质的行为。CCAs的拓扑结构在其功能中起着至关重要的作用。康斯坦茨大学的合著者奥代德·齐尔贝格用一个简单的揉纸动作来解释这种联系。

关于拓扑的问题
对于量子物理学家来说，“拓扑”描述了一个系统的整体排列如何影响其各个部分，以及细节如何反过来塑造整体。它提出了诸如：环境如何影响物理过程？理解系统的拓扑结构是否有助于预测其组件的行为？等问题。
虽然这个概念听起来很抽象，但可以用一个简单的类比来解释。想象一张纸。如果你在中心揉皱它，不仅中间会形成折痕，边缘也会。现在，假设你只能观察到边缘。如果你在那里看到皱纹，很可能中心也被揉皱了。这样，边缘就提供了关于不可见内部的信息。
奥代德·齐尔贝格的研究遵循着类似的逻辑。他不是研究纸张的褶皱，而是研究光子（光的基本构成单元）在结构化材料内部运动时的拓扑结构。作为拓扑光子学的先驱，齐尔贝格研究量子系统的全局结构如何影响其内部动力学。他的工作探讨了优化系统的拓扑结构是否可以增强量子行为，以及仔细观察系统的边界是否可以揭示其核心隐藏的物理学。

“拓扑启发的无序测量仪”
在与某机构的合作项目中，齐尔贝格使用了一种与揉纸例子非常相似的方法。物理系统内部的“无序”（体）会延伸到其“边界”。研究团队在新的CCAs中利用了这一点。尽管物理学家无法直接看到系统的内部，但他们可以观察边界，并利用这些信息来推断体的情况。这就是研究人员检测CCAs中的无序和干扰并确保其平稳工作的方式。奥代德·齐尔贝格称他的方法为“拓扑启发的无序测量仪”，这种创新的测量方法促进了新型CCAs的开发。
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