去年，由Quantinuum公司领导的一个科学家团队宣布，他们能够在量子处理器中实现和控制一种被称为“非阿贝尔拓扑序”的物质状态。该团队当时在预印本服务器ArXiv上发表了他们的研究成果，论文概述了他们如何实现这一许多专家都认为遥不可及(甚至不可能)的突破，他们还希望这种突破能成为彻底改变我们处理量子计算的方式。

如今，这项研究成果已正式发布在《自然》杂志上，并经过了同行评审。这标志着量子信息科学领域取得了另一个重要进步，甚至可能是实现容错量子计算机的重要一步，这种量子计算机具有前所未有的准确性和效率。

该团队写道：“我们的关键发现是非阿贝尔拓扑序可以在实验中以与阿贝尔态(如表面码)相当的高保真度进行制备。非阿贝尔态是理论上已知存在的最复杂的纠缠量子态之一，这为新型量子信息处理带来了希望。它们的实现证明了量子器件的快速发展，并提出了几个新问题。”

非阿贝尔拓扑序是一种复杂且难以捉摸的物质状态，其特征是其独特的被称为任意子的准粒子，它们具有记住交换顺序的非凡能力。这些任意子激发的不仅仅是科学上的好奇心，科学家们还认为它们可以作为量子计算机的基础构建块，这些计算机可以在不出现错误的情况下运行，而这是当前量子系统的所面临的关键挑战。

科学家们是利用Quantinuum的H2俘获离子量子处理器来进行的这项研究，他们成功地使用27个量子比特创建了一个非常基本的(最低能量或基态)量子系统，而这些量子比特以一种被称为Kagome的几何图案排列成格。这种设置展示了一种特殊的被称为“D4拓扑序”的组织方式，它具有令人难以置信的稳定性，并拥有强大的量子计算应用潜力。

每个位置的保真度超过98.4%，这是一个令人印象深刻的数字，与我们更熟悉的阿贝尔态(如表面码)相当，而阿贝尔态传统上因其鲁棒性和容错性而闻名。该团队研究人员指出，非阿贝尔态具有违反直觉的性质，需要创新的技术在量子系统内操纵它们。该团队还展示了如何将这些非阿贝尔态围绕环面进行隧道传输的能力，并揭示了所有22个基态和一个单任意子的激发态——这是非阿贝尔拓扑序的标志。

根据论文描述，该实验中使用的D4模型需要一个线性深度电路以进行状态切换，这为提高系统对比特翻转错误的抗性提供了一种可能性。比特翻转是困扰量子科学家的一个较小故障。它指的是一种量子比特错误，它会使原本应该处于0或1状态的量子比特由于外部干扰或系统缺陷而意外地翻转到相反的状态——即从0变为1或从1变为0。

研究人员补充说，该实验不需要通常在哈密顿设置中所需的稳定化策略。未来，他们将设法通过某种创新方法来稳定这些状态，例如重复测量特定方程和策略性地配对任意子。这些方法有望进一步提高量子系统的容错能力，从而推动量子计算的可能性边界。(编译:Qtech)