中国科大光量子模拟器突破：成功计算马约拉纳零模琼斯多项式

中国科学技术大学郭光灿院士的团队在拓扑量子计算领域取得了突破性的研究成果，该成果已于本月早些时候在《物理评论快报》上发表。这项研究的核心在于成功模拟了马约拉纳零模的编织操作，并据此计算了不同拓扑结构扭结的琼斯多项式。

在数学和物理学的交叉领域，扭结研究一直备受关注。扭结是指将一根线首尾相连后，在三维空间中任意缠绕形成的结构。琼斯多项式是区分不同扭结结构的重要工具，但传统经典算法在计算复杂扭结结构的琼斯多项式时面临巨大挑战。而马约拉纳零模，作为构建拓扑量子计算机的理想载体，为解决这一问题提供了新的途径。

研究团队通过自主研发的光量子模拟器，实现了对马约拉纳零模编织操作的模拟。这一过程中，他们不仅利用了马约拉纳零模的特殊性质，还对光量子模拟器进行了重大改进。团队将单光子空间模式的编码方式扩展到双光子空间模式，显著提高了可编码量子态的数量，从而增强了模拟器的性能。

研究团队还引入了基于萨格纳克干涉仪的量子冷却装置，将原有的耗散式演化转换为非耗散演化。这一改进不仅提升了光子资源的利用率，还为实现多步骤量子演化操作奠定了坚实基础。在实验中，量子态与编织交换过程的平均保真度均保持在97%以上，这标志着模拟器性能的大幅提升。

研究团队利用这一改进后的光量子模拟器，成功模拟了5种典型的拓扑扭结。他们通过组合3条Kitaev链模型下马约拉纳零模的不同编织操作，将扭结对应的量子末态向初始量子态投影，从而得到了扭结对应的琼斯多项式的数值解。这一结果不仅实现了对不同扭结结构的有效区分，还为拓扑扭结在统计物理、化学分子合成以及DNA复制等领域的研究提供了重要启示。

郭光灿院士团队的这一研究成果，不仅展示了光量子模拟器在拓扑量子计算领域的强大潜力，还为未来拓扑量子计算机的研发奠定了坚实基础。这一突破性的进展，无疑将为拓扑量子计算和扭结研究领域带来新的发展机遇。

尽管实验材料和技术要求极高，但研究团队通过不懈努力和持续创新，成功克服了重重困难。他们的研究成果不仅是对科学探索精神的最好诠释，也为推动科技进步和人类文明发展做出了重要贡献。

随着拓扑量子计算领域的不断发展，郭光灿院士团队的这一研究成果必将引发更多关注和深入研究。我们期待这一领域能够取得更多突破性进展，为人类社会的科技进步和文明发展注入新的活力。