将通常破坏量子信息的相互作用转化为保护量子信息的一种方法

一种预测量子器件行为的新方法为量子技术的实际应用提供了至关重要的工具。

研究人员已经找到了一种方法来预测多体量子系统与其环境耦合的行为。这项工作代表了保护量子设备中量子信息的一种方式，这对于量子技术的实际应用至关重要。

在《物理评论快报》上发表的一项研究中，芬兰阿尔托大学和中国清华IAS的研究人员报告了一种预测量子系统(如粒子群)在连接到外部环境时的行为的新方法。

通常，将量子计算机等系统连接到其环境会产生退相干和泄漏，从而破坏有关系统内部发生的任何信息。现在，研究人员开发了一种技术，可以将这个问题转化为解决方案。

该研究由阿尔托博士研究员陈光泽在何塞·拉多教授的指导下，与清华IAS的宋飞合作进行。他们的方法结合了两个领域的技术，量子多体物理学和非埃尔米特量子物理学。

防止退相干和泄漏

多体量子相关性是量子系统中最有趣和最强大的现象之一。了解这些并预测它们的行为至关重要，因为它们支撑着量子计算机和量子传感器关键组件的奇特特性。

虽然当物质与环境隔离时，在预测量子相关性方面已经取得了很大进展，但迄今为止，当物质与其环境耦合时，科学家们还没有这样做。

在这项新研究中，研究小组表明，在适当的情况下，将量子设备连接到外部系统可能是一种优势。当量子器件承载于所谓的非埃尔米特拓扑时，它会导致受到可靠保护的量子激发，其弹性源于它们对环境开放的事实。

这些类型的开放量子系统可能会导致量子技术的颠覆性新策略，这些策略利用外部耦合来保护信息免受退相干和泄漏的影响。

从理想化条件到现实世界

该研究建立了一种新的理论方法来计算量子粒子与环境耦合时的相关性。

“我们开发的方法使我们能够解决同时呈现耗散和量子多体相互作用的相关量子问题。作为概念验证，我们展示了具有24个具有拓扑激励的相互作用量子位的系统的方法，“陈说。

拉多教授解释说，他们的方法将有助于将量子研究从理想化条件转移到现实世界的应用。

“预测相关量子物质的行为是量子材料和器件理论设计的关键问题之一。然而，当考虑量子系统与外部环境耦合的现实情况时，这个问题的难度会变得更大。我们的结果代表了解决这个问题的一步，为在量子技术的实际条件下理解和预测量子材料和器件提供了一种方法，“他说。