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上(shang)海紐約(yue)大學和(he)中(zhong)國(guo)科(ke)學技術(shu)(shu)大學科(ke)學家共同發(fa)(fa)現了(le)隱形傳輸由馬約(yue)拉納費米子（Majorana fermions）構(gou)成的量子態的新方法，這一發(fa)(fa)現可(ke)以帶來大型穩定(ding)量子計算和(he)量子存儲設備的發(fa)(fa)展。上(shang)海紐約(yue)大學物理學助理教授(shou)(shou)Tim Byrnes和(he)他的博(bo)士生Marek Naro?niak，與來自中(zhong)國(guo)科(ke)學技術(shu)(shu)大學潘建偉教授(shou)(shou)與朱曉波教授(shou)(shou)的團隊及其它科(ke)研機構(gou)合作開(kai)展了(le)此項研究。其成果于3月(yue)3日發(fa)(fa)表(biao)于《物理評論快(kuai)報》（Physical Review Letters），題為(wei)Emulating Quantum Teleportation of a Majorana Zero Mode Qubit。
隱形傳(chuan)(chuan)態(tai)（Teleportation）是一(yi)種(zhong)傳(chuan)(chuan)輸(shu)量(liang)子態(tai)的方法，無論兩個(ge)(ge)位(wei)置(zhi)之(zhi)間相隔多(duo)遠、有(you)何(he)阻礙(ai)，這(zhe)種(zhong)方法都可(ke)使一(yi)個(ge)(ge)物(wu)體的量(liang)子態(tai)從(cong)一(yi)個(ge)(ge)位(wei)置(zhi)即(ji)刻傳(chuan)(chuan)輸(shu)到另一(yi)位(wei)置(zhi)，這(zhe)一(yi)技術在量(liang)子計(ji)算機(ji)信息傳(chuan)(chuan)輸(shu)中至關重(zhong)要。
在此次(ci)研究(jiu)中，Byrnes教授和Naro?niak用馬約拉(la)納費(fei)米子(zi)(zi)構(gou)造(zao)了拓撲(pu)(pu)(pu)量子(zi)(zi)態。馬約拉(la)納費(fei)米子(zi)(zi)是建(jian)造(zao)拓撲(pu)(pu)(pu)量子(zi)(zi)計算機的有(you)力備選材(cai)料(liao)，而由此構(gou)建(jian)的拓撲(pu)(pu)(pu)量子(zi)(zi)態更(geng)不容易出現錯誤。
為(wei)實(shi)現隱(yin)(yin)形(xing)傳態(tai)(tai)，研究團隊將這(zhe)些態(tai)(tai)編(bian)織成(cheng)(cheng)不(bu)同(tong)的(de)(de)量子態(tai)(tai)。“你(ni)可(ke)以把這(zhe)個過程(cheng)想象(xiang)成(cheng)(cheng)編(bian)辮(bian)子，不(bu)同(tong)的(de)(de)‘辮(bian)子’就是你(ni)對(dui)量子態(tai)(tai)實(shi)施的(de)(de)不(bu)同(tong)操作。量子態(tai)(tai)包(bao)含的(de)(de)信息取決于當下(xia)‘辮(bian)子’是如何編(bian)的(de)(de)，”Naro?niak解(jie)釋道，“我們編(bian)的(de)(de)‘辮(bian)子’能夠滿足隱(yin)(yin)形(xing)傳態(tai)(tai)的(de)(de)條件，所以我們基于此(ci)開發了一個隱(yin)(yin)形(xing)傳態(tai)(tai)的(de)(de)算法。”
由于僅憑(ping)現(xian)有技(ji)(ji)術難以搭建(jian)為(wei)實現(xian)隱(yin)形(xing)傳態研究的(de)拓撲系統，Byrnes教授(shou)與(yu)Naro?niak決定與(yu)中國科(ke)學技(ji)(ji)術大(da)學博士后、文章(zhang)共同第一作(zuo)者(zhe)(zhe)黃合良合作(zuo)，使(shi)用中科(ke)大(da)超(chao)導量子比(bi)特(te)處理器（Superconducting Qubit Quantum Processor），對提出的(de)方法進(jin)行實驗(yan)模擬(ni)。結(jie)果表明，拓撲隱(yin)形(xing)傳態模式(shi)如預期運行成功。這個實驗(yan)也為(wei)未(wei)來研究者(zhe)(zhe)使(shi)用超(chao)導量子比(bi)特(te)處理器進(jin)行拓撲系統模擬(ni)提供了(le)借鑒。
研(yan)究團隊同時(shi)也發(fa)現了一種(zhong)在模擬(ni)實驗中探測(ce)量子(zi)錯誤的(de)新方法。得益于這種(zhong)方法，他們能夠排除(chu)出現錯誤的(de)量子(zi)，將量子(zi)模擬(ni)的(de)保真度提高近15%。
“Marek最先提出了用(yong)馬(ma)(ma)約(yue)拉納(na)費米(mi)子(zi)來實(shi)(shi)現隱(yin)形傳(chuan)態(tai)(tai)(tai)，這(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)個很棒的提議(yi)。問(wen)題(ti)在于，使用(yong)這(zhe)(zhe)(zhe)種類型的馬(ma)(ma)約(yue)拉納(na)費米(mi)子(zi)無(wu)法構造所有的量(liang)(liang)子(zi)門。但因為(wei)(wei)量(liang)(liang)子(zi)隱(yin)形傳(chuan)態(tai)(tai)(tai)恰好只能(neng)通過(guo)編織量(liang)(liang)子(zi)門實(shi)(shi)現，所以這(zhe)(zhe)(zhe)個提議(yi)非常適(shi)用(yong)于我們(men)的研究(jiu)，” Byrnes教授說(shuo)，“我認為(wei)(wei)大家會對這(zhe)(zhe)(zhe)個實(shi)(shi)驗印象深刻，并(bing)且這(zhe)(zhe)(zhe)個實(shi)(shi)驗也為(wei)(wei)未來對拓(tuo)撲量(liang)(liang)子(zi)計算的量(liang)(liang)子(zi)模擬定下了標準。”他們(men)的團隊將(jiang)繼(ji)續對編織態(tai)(tai)(tai)的應用(yong)進行(xing)研究(jiu)。
該研究(jiu)由上(shang)海(hai)紐約大(da)(da)學(xue)與中(zhong)(zhong)國科學(xue)技術(shu)大(da)(da)學(xue)等(deng)合(he)作完(wan)成。中(zhong)(zhong)國科學(xue)技術(shu)大(da)(da)學(xue)博(bo)(bo)士后黃(huang)合(he)良與上(shang)海(hai)紐約大(da)(da)學(xue)博(bo)(bo)士生Marek Naro?niak為文(wen)章的(de)共(gong)同(tong)第(di)一作者，中(zhong)(zhong)國科學(xue)技術(shu)大(da)(da)學(xue)朱曉波教(jiao)授為文(wen)章的(de)通(tong)訊(xun)作者。
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