中國科學技術大學郭光燦院士的團隊在拓撲量子計算領域取得了突破性的研究成果，該成果已于本月早些時候在《物理評論快報》上發(fā)表。這項研究的核心在于成功模擬了馬約拉納零模的編織操作，并據此計算了不同拓撲結構扭結的瓊斯多項式。
在數學和物理學的交叉領域，扭結研究一直備受關注。扭結是指將一根線首尾相連后，在三維空間中任意纏繞形成的結構。瓊斯多項式是區(qū)分不同扭結結構的重要工具，但傳統(tǒng)經典算法在計算復雜扭結結構的瓊斯多項式時面臨巨大挑戰(zhàn)。而馬約拉納零模，作為構建拓撲量子計算機的理想載體，為解決這一問題提供了新的途徑。
研究團隊通過自主研發(fā)的光量子模擬器，實現了對馬約拉納零模編織操作的模擬。這一過程中，他們不僅利用了馬約拉納零模的特殊性質，還對光量子模擬器進行了重大改進。團隊將單光子空間模式的編碼方式擴展到雙光子空間模式，顯著提高了可編碼量子態(tài)的數量，從而增強了模擬器的性能。
研究團隊還引入了基于薩格納克干涉儀的量子冷卻裝置，將原有的耗散式演化轉換為非耗散演化。這一改進不僅提升了光子資源的利用率，還為實現多步驟量子演化操作奠定了堅實基礎。在實驗中，量子態(tài)與編織交換過程的平均保真度均保持在97%以上，這標志著模擬器性能的大幅提升。
研究團隊利用這一改進后的光量子模擬器，成功模擬了5種典型的拓撲扭結。他們通過組合3條Kitaev鏈模型下馬約拉納零模的不同編織操作，將扭結對應的量子末態(tài)向初始量子態(tài)投影，從而得到了扭結對應的瓊斯多項式的數值解。這一結果不僅實現了對不同扭結結構的有效區(qū)分，還為拓撲扭結在統(tǒng)計物理、化學分子合成以及DNA復制等領域的研究提供了重要啟示。
郭光燦院士團隊的這一研究成果，不僅展示了光量子模擬器在拓撲量子計算領域的強大潛力，還為未來拓撲量子計算機的研發(fā)奠定了堅實基礎。這一突破性的進展，無疑將為拓撲量子計算和扭結研究領域帶來新的發(fā)展機遇。
盡管實驗材料和技術要求極高，但研究團隊通過不懈努力和持續(xù)創(chuàng)新，成功克服了重重困難。他們的研究成果不僅是對科學探索精神的最好詮釋，也為推動科技進步和人類文明發(fā)展做出了重要貢獻。
隨著拓撲量子計算領域的不斷發(fā)展，郭光燦院士團隊的這一研究成果必將引發(fā)更多關注和深入研究。我們期待這一領域能夠取得更多突破性進展，為人類社會的科技進步和文明發(fā)展注入新的活力。
