科學家們發現了一種預測多體量子系統與其環境耦合的行為的方法。這一進展對於保護量子設備中的量子數據至關重要，為量子技術的實際應用鋪平了道路。在發表在《物理評論快報》上的一篇論文中，來自芬蘭阿爾託大學和中國清華大學的研究團隊公佈了一種新的方法，用於預測量子系統，如粒子組，與外部環境連接時的行為。

開放式量子系統和非赫米特拓撲學的圖解資料來源：Jose Lado, Aalto大學。

通常情況下，將像量子計算機這樣的系統與環境相連會導致退相干和信息洩露，損害系統內的數據。然而，研究人員已經設計出一種技術，將這一問題轉化為一種有益的解決方案。

這項研究是由阿爾托博士研究員陳光澤在何塞-拉多教授的指導下，與來自清華大學計算機研究所的宋飛合作進行的。他們的方法結合了兩個領域的技術，量子多體物理學和非赫米特量子物理學。

防範退相干和洩密

量子系統中最令人好奇和強大的現象之一是多體量子關聯。理解這些現象並預測其行為是至關重要的，因為它們是量子計算機和量子傳感器的關鍵部件的奇異特性的基礎。雖然在預測物質與其環境隔離時的量子關聯方面已經取得了很多進展，但當物質與其環境耦合時，科學家們至今仍無法做到這一點。

在新的研究中，研究小組表明，在適當的情況下，將一個量子設備與外部系統連接起來可以成為一種優勢。當一個量子設備是所謂的非赫米特拓撲結構的宿主時，它會導致強大的保護性量子激發，其彈性源於它們對環境開放這一事實。這些開放的量子系統有可能為量子技術帶來顛覆性的新策略，利用外部耦合來保護信息免受退相干和洩露。

從理想化條件到現實世界

這項研究建立了一種新的理論方法，計算量子粒子與環境耦合時的相關性。”我們開發的方法使我們能夠解決同時呈現耗散和量子多體相互作用的相關量子問題。”陳說：”作為一個概念證明，我們為具有24個相互作用的量子比特的系統演示了該方法，這些量子比特具有拓撲激發的特點。”

拉多教授解釋說，他們的方法將有助於將量子研究從理想化條件轉向現實世界的應用。”預測相關量子物質的行為是量子材料和設備的理論設計的關鍵問題之一。然而，當考慮到量子系統與外部環境耦合的現實情況時，這個問題的難度變得更大。他說：”我們的結果代表了在解決這個問題上的一個進步，為理解和預測量子技術中現實條件下的量子材料和設備提供了一種方法。”