解释为什么甜甜圈实际上与咖啡杯形状相同而不是垃圾桶的数学可能是使量子计算机实用的关键。两个研究小组利用拓扑学这一具有数百年历史的数学领域和一种新型“准粒子”，为量子计算机提出了一种纠错技术，该技术可能会让迄今为止开发的其他计算机陷入困境。

纠错系统对于量子计算机至关重要，因为未受保护的量子位 ( qubit ) 是一种永远脆弱的东西——通常是单个粒子或量子态，永远受制于系统中的热噪声或随机噪声。而且由于量子位通常是相互量子力学互连的——用行话来说，量子位通常是纠缠的——仅仅让一两个量子位失效就会影响整个系统。

寻找当今最好的量子纠错系统有多种形式。量子错误清理原型、技术和发明经常出现在世界各地的实验室、初创公司和雄心勃勃的量子计算巨头中。但是一项新的发展利用了一种长期难以捉摸的准粒子，它的行为可能会发生变化，以满足永远挑剔的量子比特最紧迫的需求。两家公司——谷歌的 Quantum AI部门和位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的初创公司Quantinuum——现在正在争夺一种名为非阿贝尔任意子。

解决旧问题的新物质状态

非阿贝尔任意子存在于二维空间中，例如表面或石墨烯等平面材料，并显示出量子物理定律所规定的一种特殊的个性。与电子和光子等完全可互换的粒子不同，非阿贝尔任意子可以彼此区分得足够多，以追踪出不同的轨迹，并可能在此过程中相互打结和扭曲。（拓扑学是对这些非常相同的结和扭曲的研究。这就是为什么非阿贝尔任意子是所谓的拓扑量子计算的产物。）

Quantinuum 总裁兼首席运营官Tony Uttley说:“我们利用量子比特的纠缠创造了一个环境，您可以在其中制造这些任意子。” “这是我们现在可以在量子计算机内部创建的物质的量子态。”

Google Quantum AI 的Pedram Roushan表示，这种新型准粒子的引人注目的特征是它们结合了对量子逻辑运算的可访问性以及它们相对不受热和环境噪声影响的能力。他说，这种结合在 1997 年由俄罗斯出生的物理学家Alexei Kitaev提出的拓扑量子计算的第一个提议中得到认可。

当时，基塔耶夫意识到非阿贝尔任意子可以运行任何量子计算机算法。现在两个独立的团队已经在野外创造了准粒子，每个团队都渴望围绕这些新的准粒子开发自己的一套量子计算工具。

Quantinuum 总裁兼首席运营官Tony Uttley说:“我们利用量子比特的纠缠创造了一个环境，您可以在其中制造这些任意子。” “这是我们现在可以在量子计算机内部创建的物质的量子态。”

Quantinuum 的 H2 量子计算机芯片具有 32 个量子位，由电磁陷阱内的单个镱离子组成。

Google Quantum AI 的Pedram Roushan表示，这种新型准粒子的引人注目的特征是它们结合了对量子逻辑运算的可访问性以及它们相对不受热和环境噪声影响的能力。他说，这种结合在 1997 年由俄罗斯出生的物理学家Alexei Kitaev提出的第一个拓扑量子计算提案中得到认可。

当时，基塔耶夫意识到非阿贝尔任意子可以运行任何量子计算机算法。现在两个独立的团队已经在野外创造了准粒子，每个团队都渴望围绕这些新的准粒子开发自己的一套量子计算工具。

Roushan 说:“美妙的想法是，如果你有两个粒子，你可以将它们相互移动，同时保持它们分开，”保护它们免受可能破坏其脆弱量子态的相互作用。“神奇的是......当这些粒子执行特定的编织时，这些受保护的位实际上可以翻转。”

拓扑量子计算机是什么样的?

上个月，Quantinuum 与哈佛大学和斯坦福大学的合作者一起向 Arxiv 预印本服务器上传了一篇论文，宣布他们在公司的H2 量子计算机中创建了非阿贝尔任意子，其中每个 32 个量子位都是电磁阱内的单个镱离子。“这个陷阱位于一个篮球大小的超高真空室内，”厄特利说。

与此同时，Google Quantum AI 团队和一个国际合作者联盟在《自然》杂志上发表了一篇论文这个月——去年 10 月首次将其上传到 Arxiv 服务器。该小组还报告了不同种类的非阿贝尔任意子的创造。

谷歌团队在围绕超导量子位构建的量子计算机上发现了非阿贝尔任意子，超导量子位由约瑟夫森结和电感器和电容器等其他电路元件组成。

谷歌量子 AI 团队成员Trond Andersen在谈到谷歌系统中的量子比特时说，量子比特本质上是电感电容振荡器。“但它们是用约瑟夫森结制成的。它们的美妙之处在于，当我们冷却它们时，我们可以看到这个振荡器的量化水平。而这些量化级别就是我们用作零和一的级别。”

位于加利福尼亚州圣巴巴拉的Microsoft Research非阿贝尔任意子和拓扑纠错专家Chetan Nayak证实了这项新研究的重要性。他将 Quantinuum 的工作描述为“令人印象深刻的科学演示”，“证实了微软长期以来的信念，即设计一个错误保护的拓扑量子位是实现大规模量子计算的途径。”