美国的研究人员从理论上证明，液晶中的拓扑缺陷在数学上类似于量子比特。 如果基于这一原理的系统可以在实践中实现，那么量子计算机的许多优点就可以在经典电路中实现——避免那些试图开发实用量子计算机的人所面临的巨大挑战。
向列型液晶是一种棒状分子，它们倾向于相互排列，并且其排列可以通过电场来控制。 它们用于显示系统，广泛用于移动电话、手表和其他电子产品中。 拓扑缺陷发生在排列发生变化的向列液晶中。 这些系统与量子世界的相似性已经有一段时间了。 1991年， 皮埃尔-吉尔斯·德·热讷 因认识到超导体物理学也可以应用于液晶缺陷而获得诺贝尔物理学奖。
现在，应用数学家 Žiga Kos 和 约恩·邓克尔 麻省理工学院的研究人员研究了向列液晶是否可以证明是一种新型计算平台。
高维状态空间
“我们都知道并使用数字计算机，很长一段时间以来，人们一直在谈论替代策略，例如基于液体的计算机或具有更高维状态空间的量子系统，以便您可以存储更多信息，”邓克尔说。 “但接下来的问题是如何访问它以及如何操纵它。”
谷歌和 IBM 已经使用超导量子比特 (qubits) 生产了量子计算机，它们需要低温来防止退相干，而霍尼韦尔和 IonQ 已经使用捕获离子，这需要超稳定的激光在电阱中的离子之间执行门操作。 两者都取得了显着进展，中性原子量子比特等其他协议正处于开发的早期阶段。 然而，所有这些都采用了在液晶系统中未实现的高度专业化、精细化的协议。
在他们的新工作中，研究人员证明，尽管物理学有所不同，但人们可以在液晶拓扑缺陷的行为和量子比特的行为之间进行数学类比。 因此，理论上可以将这些“n 位”（向列位）（正如研究人员所称的那样）视为量子位，并使用它们来执行量子计算算法，即使控制它们行为的实际物理学可以用经典来解释。
超越经典计算
或者至少，这是计划。 研究人员证明，单个 n 位的行为应该与单个 qubit 完全相同，因此单个 n 位门在理论上等同于单个 qubit 门：“量子计算中还有其他门在多个 qubit 上运行，”Dunkel 解释说，“这些是通用量子计算所需要的。 这些是我们目前没有的液晶门。” 尽管如此，邓克尔说，“我们可以做超出经典计算的事情。”
研究人员正在继续他们的理论工作，希望能够更好地理解多个量子位和多个 n 位之间的数学映射，以确定类比的真实程度。 他们还与试图在实验室中创建门的软物质物理学家合作。 “我们希望这将在未来一两年内发生，”邓克尔说。
Dunkel 和 Kos 在一篇论文中描述了他们的研究 科学进展. 理论和计算物理学家 丹尼尔·贝勒 美国约翰霍普金斯大学的一位教授谨慎地印象深刻：“我真的很喜欢这篇论文，”他说； “我认为这可能非常重要。” 他指出，量子计算机能够使用太多资源或太长的时间运行算法以使其在经典计算机上可行，并表示“这项工作表明这些概念可能是可测试的，而那些计算在不依赖于非常冷的温度或防止量子退相干的系统中可以实现加速”。 他补充说：“这是一个伟大的理论和计算证明，因为物理学本质上是一门实验科学，接下来应该通过实验来检验。” 例如，他警告说，要实现模型中使用的一些假设，例如当液晶在缺陷周围流动时缺陷保持静止，这将需要“在实验中进行一些设计考虑”。
