当今许多量子设备都依赖于量子比特的集合，也称为自旋。这些量子比特只有两个能级，即“0”和“1”。然而，实际设备中的自旋也会与光和振动(称为玻色子)相互作用，这大大增加了计算的复杂性。

在《物理评论快报》的一篇新出版物中，阿姆斯特丹的研究人员展示了一种描述自旋玻色子系统的方法，并利用这种方法有效地将量子设备配置成所需的状态。

量子设备利用量子粒子的奇特行为来执行超出“传统”机器能力的任务，包括量子计算、模拟、传感、通信和计量。这些设备可以采用多种形式，例如超导电路的集合，或由激光或电场固定的原子或离子晶格。

无论量子器件的物理实现方式如何，它们通常被简化为相互作用的两级量子比特或自旋的集合。然而，这些自旋也会与周围的其他物质相互作用，例如超导电路中的光或原子或离子晶格中的振荡。光粒子(光子)和晶格的振动模式(声子)就是玻色子的例子。

与只有两种可能能级(“0”或“1”)的自旋不同，每个玻色子的能级数是无限的。因此，用于描述与玻色子耦合的自旋的计算工具非常少。

在他们的新作品中，阿姆斯特丹大学、QuSoft 和 Centrum Wiskunde & Informatica 的物理学家 Liam Bond、Arghavan Safavi-Naini 和 Jiří Minář 通过使用所谓的非高斯状态描述由自旋和玻色子组成的系统来解决这一限制。每个非高斯状态都是更简单的高斯状态的组合(叠加)。

上图中的每个蓝红图案代表自旋玻色子系统的一个可能的量子态。“高斯态看起来就像一个普通的红色圆圈，没有任何有趣的蓝红图案，”博士候选人利亚姆·邦德解释说。高斯态的一个例子是激光，其中所有光波都完全同步。