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中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在拓?fù)淞孔佑?jì)算領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)成員與英國(guó)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(jì)算了基于馬約拉納零模拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的瓊斯多項(xiàng)式。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)模擬馬約拉納零模的編織操作，計(jì)算了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的扭結(jié)對(duì)應(yīng)的瓊斯多項(xiàng)式，所得的瓊斯值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(píng)論快報(bào)》上。瓊斯多項(xiàng)式是扭結(jié)的一個(gè)重要拓?fù)洳蛔兞浚梢员挥脕?lái)區(qū)分不同的扭結(jié)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的瓊斯多項(xiàng)式計(jì)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(guò)構(gòu)建相應(yīng)的編織操作來(lái)計(jì)算扭結(jié)的瓊斯多項(xiàng)式。不同于三維空間中交換兩個(gè)全同的玻色子或費(fèi)米子，系統(tǒng)整體波函數(shù)僅會(huì)多出一個(gè)整體相位；對(duì)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(huì)經(jīng)歷一個(gè)幺正變換，因此，可以通過(guò)對(duì)非阿貝爾任意子的交換操作構(gòu)造量子門(mén)，實(shí)現(xiàn)具有天然容錯(cuò)特性的拓?fù)淞孔佑?jì)算。已有實(shí)驗(yàn)工作研究了馬約拉納零模的物理特性，但由于實(shí)驗(yàn)材料及技術(shù)的要求高，通過(guò)編織馬約拉納零模實(shí)現(xiàn)特定的拓?fù)淞孔铀惴H具挑戰(zhàn)性。基于光子空間模式的量子模擬器，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列模擬非阿貝爾任意子拓?fù)涮匦缘膶?shí)驗(yàn)研究。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)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(jì)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(shí)，通過(guò)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(duì)光子資源的回收利用能力，有助于實(shí)現(xiàn)多步驟的量子演化操作。這些改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)提升了自主研制光量子模擬器的能力，為實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)中，量子態(tài)與編織交換過(guò)程的平均保真度均在97%以上。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(guò)將扭結(jié)對(duì)應(yīng)的量子末態(tài)向初始量子態(tài)投影，得到了扭結(jié)對(duì)應(yīng)的瓊斯多項(xiàng)式的數(shù)值解，進(jìn)一步將不同扭結(jié)進(jìn)行區(qū)分。這對(duì)統(tǒng)計(jì)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。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院、安徽省的支持。論文鏈接理論框架實(shí)現(xiàn)馬約拉納零模交換操作的實(shí)驗(yàn)裝置圖不同編織操作的瓊斯多項(xiàng)式實(shí)驗(yàn)結(jié)果