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发表于 2026-2-21 19:34
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2026年1月,魏茨曼科学研究所在《自然》杂志上发了一篇论文。
他们找到了一种粒子,这种粒子能"记住"自己之前的状态。
不是用硬盘,不是用存储器,是粒子本身在记忆。
如果这是真的,量子计算机的最大障碍可能有解了。
1980年代,物理学家就预言了非阿贝尔任意子的存在。
但证明它们存在极其困难。
首先你需要极端条件:接近绝对零度的温度、强磁场、二维材料。
其次你需要精确控制这些粒子的运动轨迹。
最后你需要测量它们的波函数如何随交换顺序变化。
这三个条件每一个都很难。
过去几十年,科学家成功测量到了"阿贝尔任意子",那种交换位置只改变相位的任意子。
但非阿贝尔任意子一直是个理论预言。
直到现在。
魏茨曼研究所的这个实验用的材料叫"双层石墨烯"。
石墨烯你可能听说过,是单层碳原子排列成的蜂窝状晶体,只有一个原子那么厚。双层石墨烯就是两层石墨烯叠在一起。
这个材料很特殊。在极低温度和强磁场下,它的电子行为非常奇特,理论上可以产生非阿贝尔任意子。
而且科学家可以精确控制这些任意子的运动路径。
实验的设计很巧妙。
他们借鉴了一个19世纪的光学实验:把一束光困在两面镜子之间,让它反复反射。每次反射,光的波函数会旋转一定角度。如果反射回来的波跟原来的波不同步,它们会相互抵消,光就变弱。经过多次反射后,波函数转了一圈回到原来的相位,波就同步了,光就变强。这会产生明暗交替的干涉条纹。
在量子版本的实验里,研究人员让一个任意子的波沿着环形路径运动,绕过一个包含其他任意子和磁场的"岛屿",然后回来跟原来的波相遇。
他们首先测量磁场如何影响这个绕行任意子的相位。
每绕一圈,返回的波的相位都会在磁场影响下改变。当它跟原来的波相遇时要么相互抵消,要么相互增强。这产生了干涉图案,但这里的图案不是明暗条纹,而是高低电阻交替的条纹。
从这个干涉图案可以推断出绕行任意子的性质。
从谷歌宣布"量子霸权"到现在已经过去了好几年,量子计算机依然是实验室里的玩具。
原因就是容错太难。
IBM的量子计算机有上百个量子比特,但错误率高得吓人。
中国的"祖冲之号"、"九章"在特定问题上展现了量子优势,但也无法处理复杂的通用计算。
所有人都在等一个突破。
拓扑量子计算被认为是最有希望的方向。
微软从2000年代就开始投资拓扑量子计算,但进展缓慢,因为找不到非阿贝尔任意子。
现在魏茨曼研究所说:我们找到了。
当然这还不是终点。
他们还没有直接分离出单个非阿贝尔任意子,还没有直接测量交换顺序如何改变波函数形状。
但他们证明了:双层石墨烯这个材料确实可以产生非阿贝尔任意子。
这个材料是稳定的,可控的,可以被精确操纵。
罗宁的团队现在也正在做下一步实验:分离单个非阿贝尔任意子,直接测量它们的"记忆"。
如果成功了,那就不只是一篇《自然》论文的事。
那将是量子计算历史上的里程碑。
物理学家理查德·费曼在1981年说过,要模拟量子系统你需要量子计算机,因为量子世界太复杂,经典计算机算不过来。
但量子计算机本身又太脆弱,信息说丢就丢。
这个悖论困扰了物理学家40多年。
现在一种会"记忆"的粒子可能提供了答案。
信息不存在单个粒子上,而存在粒子交换的顺序里。这个顺序被编码在整个系统的波函数形状里,局部的扰动破坏不了它。
这就是拓扑保护。
这就是大自然给我们的礼物。
2026年刚开始。
如果非阿贝尔任意子真的能被直接观测、分离、操控,如果它们真的能用来构建容错量子计算机,那我们将见证一个新时代的开启。
破解RSA加密,几分钟。
设计新药物,几小时。
模拟气候变化,几天。
优化全球物流,实时。
这不是科幻。
这是物理学。
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