一个名叫杰克·梅奥（JackMayo）的荷兰格罗宁根大学的硕士生，在一次暑期实习中写了一篇论文，这篇论文最后刊登在了最近的《物理评论快报》上。

梅奥帮助创建了一个通用模型，该模型可以预测非平衡系统中拓扑缺陷的数量分布。该结果可用于量子计算和研究早期宇宙的结构起源。

梅奥在暑期实习中参与的是一个旨在解决量子计算中的问题的项目。这个问题具有广泛意义，从纳米级磁体到宇宙都存在这样的问题。在所有这些系统中，有序的发生（例如，由冷却引起的有序）几乎总是伴随着缺陷的发展。“采用这样一种系统，其中的粒子具有一个可以在上下之间翻转的磁矩。如果增加它们的吸引力互动，它们将开始对齐。”梅奥解释说。

冰晶

这种对齐将从介质中某些不相关的点开始，然后像水中的冰晶一样生长。每个范畴的对齐（在磁矩的示例中是向上还是向下）是偶然的问题。梅奥说：“局部路线将向外扩展，在某个阶段，区域将开始相会并相互作用。”例如，如果一个向上的区域遇到一个向下的区域，则结果将是它们界面处的畴壁有序结构中破坏对称性的缺陷，从而在材料的较高对称性阶段留下了伪像。

介质的这种退火是通过Kibble-Zurek机制描述的。Kibble-Zurek机制（简称KZ机制）描述系统中的非平衡动力学和拓扑缺陷的形成，该系统由有限速率的连续相变驱动。以汤姆·基布尔（TomKibble）的名字命名，他率先研究了早期宇宙中的域结构形成，而沃伊西赫·祖雷克（WojciechZurek）则将其产生的缺陷数量与过渡的关键指数及其变化率相关联，即临界点多快被穿过。

该机制最初旨在解释相变如何导致早期宇宙中的有序结构。随后发现，它可用于描述液态氦从流体到超流体相的转变。梅奥解释说：“该机制是通用的，也用于基于量子退火的量子计算中。”该技术能够解决诸如旅行商问题之类的复杂难题。但是，这类工作的一个问题是，在退火过程中发生的缺陷会扭曲结果。

如图所示在能量格局分裂的点，通过临界点时，高对称链衰减为较低对称状态。在这种情况下，当各向异性λ(t)通过临界值λ(c)时，直链会衰减为锯齿形。当两个连续的离子落在同一侧（局部处于较高能量状态）时，观察到一个缺陷。

相变

量子退火中出现的缺陷数量取决于通过相变所需的时间。梅奥说“如果有数百万年的时间来缓慢地更改单元之间的交互，则不会出现缺陷，但这不是很实际”。诀窍在于设计更实用的有限时间的计划，以高概率获得可接受数量的缺陷。他参与的研究项目旨在创建一个模型，该模型可以估计缺陷的数量并指导这些系统的最佳设计。

统计模型

为此，物理学家使用理论工具来描述相变，并使用数值模拟来估计冷却过程中的缺陷分布。由于每个畴可以具有两个值之一（在磁矩的示例中为向上或向下），因此它们可以估计两个相对畴相遇并产生缺陷的机会。这导致了基于二项式分布的统计模型，该模型可用于预测如何冷却系统以产生最少数量的缺陷。该模型已针对独立的数值模拟进行了验证，并且运行良好。

参考：FullCountingStatisticsofTopologicalDefectsafterCrossingaPhaseTransition,PhysicalReviewLetters().DOI:10./PhysRevLett..