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科学家们发现了一种预测多体量子系统与其环境耦合的行为的方法。这一进展对于保护量子设备中的量子数据至关重要，为量子技术的实际应用铺平了道路。在发表在《物理评论快报》上的一篇论文中，来自芬兰阿尔托大学和中国清华大学的研究团队公布了一种新的方法，用于预测量子系统，如粒子组，与外部环境连接时的行为。

开放式量子系统和非赫米特拓扑学的图解 资料来源：Jose Lado, Aalto大学。

通常情况下，将像量子计算机这样的系统与环境相连会导致退相干和信息泄露，损害系统内的数据。然而，研究人员已经设计出一种技术，将这一问题转化为一种有益的解决方案。

这项研究是由阿尔托博士研究员陈光泽在何塞-拉多教授的指导下，与来自清华大学计算机研究所的宋飞合作进行的。他们的方法结合了两个领域的技术，量子多体物理学和非赫米特量子物理学。

防范退相干和泄密

量子系统中最令人好奇和强大的现象之一是多体量子关联。理解这些现象并预测其行为是至关重要的，因为它们是量子计算机和量子传感器的关键部件的奇异特性的基础。虽然在预测物质与其环境隔离时的量子关联方面已经取得了很多进展，但当物质与其环境耦合时，科学家们至今仍无法做到这一点。

在新的研究中，研究小组表明，在适当的情况下，将一个量子设备与外部系统连接起来可以成为一种优势。当一个量子设备是所谓的非赫米特拓扑结构的宿主时，它会导致强大的保护性量子激发，其弹性源于它们对环境开放这一事实。这些开放的量子系统有可能为量子技术带来颠覆性的新策略，利用外部耦合来保护信息免受退相干和泄露。

从理想化条件到现实世界

这项研究建立了一种新的理论方法，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。"陈说："作为一个概念证明，我们为具有24个相互作用的量子比特的系统演示了该方法，这些量子比特具有拓扑激发的特点。"

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向现实世界的应用。"预测相关量子物质的行为是量子材料和设备的理论设计的关键问题之一。然而，当考虑到量子系统与外部环境耦合的现实情况时，这个问题的难度变得更大。他说："我们的结果代表了在解决这个问题上的一个进步，为理解和预测量子技术中现实条件下的量子材料和设备提供了一种方法。"

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