中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士的團(tuán)隊(duì)在拓?fù)淞孔佑?jì)算領(lǐng)域取得了突破性的研究成果，該成果已于本月早些時(shí)候在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。這項(xiàng)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(jù)此計(jì)算了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)扭結(jié)的瓊斯多項(xiàng)式。
在數(shù)學(xué)和物理學(xué)的交叉領(lǐng)域，扭結(jié)研究一直備受關(guān)注。扭結(jié)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(jié)構(gòu)。瓊斯多項(xiàng)式是區(qū)分不同扭結(jié)結(jié)構(gòu)的重要工具，但傳統(tǒng)經(jīng)典算法在計(jì)算復(fù)雜扭結(jié)結(jié)構(gòu)的瓊斯多項(xiàng)式時(shí)面臨巨大挑戰(zhàn)。而馬約拉納零模，作為構(gòu)建拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的理想載體，為解決這一問(wèn)題提供了新的途徑。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)自主研發(fā)的光量子模擬器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)馬約拉納零模編織操作的模擬。這一過(guò)程中，他們不僅利用了馬約拉納零模的特殊性質(zhì)，還對(duì)光量子模擬器進(jìn)行了重大改進(jìn)。團(tuán)隊(duì)將單光子空間模式的編碼方式擴(kuò)展到雙光子空間模式，顯著提高了可編碼量子態(tài)的數(shù)量，從而增強(qiáng)了模擬器的性能。
研究團(tuán)隊(duì)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(zhuǎn)換為非耗散演化。這一改進(jìn)不僅提升了光子資源的利用率，還為實(shí)現(xiàn)多步驟量子演化操作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)中，量子態(tài)與編織交換過(guò)程的平均保真度均保持在97%以上，這標(biāo)志著模擬器性能的大幅提升。
研究團(tuán)隊(duì)利用這一改進(jìn)后的光量子模擬器，成功模擬了5種典型的拓?fù)渑そY(jié)。他們通過(guò)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(jié)對(duì)應(yīng)的量子末態(tài)向初始量子態(tài)投影，從而得到了扭結(jié)對(duì)應(yīng)的瓊斯多項(xiàng)式的數(shù)值解。這一結(jié)果不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同扭結(jié)結(jié)構(gòu)的有效區(qū)分，還為拓?fù)渑そY(jié)在統(tǒng)計(jì)物理、化學(xué)分子合成以及DNA復(fù)制等領(lǐng)域的研究提供了重要啟示。
郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的這一研究成果，不僅展示了光量子模擬器在拓?fù)淞孔佑?jì)算領(lǐng)域的強(qiáng)大潛力，還為未來(lái)拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這一突破性的進(jìn)展，無(wú)疑將為拓?fù)淞孔佑?jì)算和扭結(jié)研究領(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。
盡管實(shí)驗(yàn)材料和技術(shù)要求極高，但研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(duì)科學(xué)探索精神的最好詮釋，也為推動(dòng)科技進(jìn)步和人類文明發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
隨著拓?fù)淞孔佑?jì)算領(lǐng)域的不斷發(fā)展，郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的這一研究成果必將引發(fā)更多關(guān)注和深入研究。我們期待這一領(lǐng)域能夠取得更多突破性進(jìn)展，為人類社會(huì)的科技進(jìn)步和文明發(fā)展注入新的活力。
