[发明专利]拓扑量子比特融合

说明书

融合结果准粒子可以在拓扑分段的势阱中被陷获。融合结果准粒子可以是第一准粒子和第二准粒子的融合产物，其中第一和第二准粒子在拓扑分段的端部被局部化。其中陷获有融合结果准粒子的势阱以及第三准粒子可以相对于彼此移动，以使该势阱和该第三准粒子被朝向彼此移动。准粒子可以是纳米线的Majorana模式。

背景

多个实验提供支持具有非阿贝尔任意子准粒子(non-Abelian anyonicquasiparticles)的物质的拓扑相位存在性的证据。Ising型σ非阿贝尔任意子作为多个量子霍尔(Hall)状态中的准粒子出现，所述准粒子是用于描述第二朗道(Landau)级别中实验地所观察到的量子Hall稳定水平的强候选，最著名的是对于ν＝5/2稳定水平，该ν＝5/2稳定水平具有支持非阿贝尔状态的实验证据。Ising任意子也描述了马约拉纳费米子(Majoranafermion)零模式(MZM)以及各种所提出的超导体异质结构中的准粒子，Majorana费米子零模式(MZM)存在于Majorana纳米线(一维无自旋p波超导体)结束处的二维(2D)手征性p波超流和超导体的涡核中。超导体/半导体纳米线异质结构系统中的最近实验发现了MZM的证据并因此实现了Majorana。

非阿贝尔任意子准粒子可用于提供拓扑保护的量子比特以及量子信息处理。以前已经公开了用于实现非阿贝尔准粒子的融合、(编织)交换操作以及拓扑电荷测量的方案。

在具有Ising型任意子/MZM的系统中，准粒子交换和拓扑电荷测量允许这些系统被用于拓扑量子信息处理。这些系统中的编织和测量允许克利福德(Clifford)门的拓扑保护的生成，Clifford门不是计算上通用门集合。为了使这些系统成为通用量子计算机，用“θ/2-相位门”，R(θ)＝diag[1,e^iθ](其中diag[1,e^iθ]表示一个2x2矩阵，在该2x2矩阵中，非对角元素为零(r₁₂＝r₂₁＝0)，元素r₁₁＝1及r₂₂＝e^iθ)(在一些情况下，R(θ)可以被写作R(θ))，其中θ≠nπ/2(对于n为整数)来补充该门集合是充分的。此情况的特别有利的选择是使用π/8-相位门，T＝R(π/4)，该相位门可以在具有已准备的或“魔法状态”供应时生成，诸如这是有利的选择，因为已知对于有噪状态的近似0.14的显著高误差阈值，如何仅使用Clifford运算来“提取”魔法状态，即从该状态的几个有噪副本中产生较高保真度状态。

附图简述

参照附图描述了详细描述。在附图中，附图标记的最左边(诸)数字标识该附图标记首次出现的附图。不同附图中的相同附图标记指示相似或相同的项目。

图1是用四个准粒子编码的说明性量子比特的示意图。

图2是|0>基本状态的说明性融合树的示意图。

图3是|1>基本状态的说明性融合树的示意图。

图4是说明性拓扑系统的示意图。

图5是表示量子比特融合的说明性融合树示意图。

图6示出用于准粒子的说明性图解规则(融合“F移动”)。

图7是说明性拓扑融合过程的流程图，该拓扑融合过程示出各线段(在拓扑和非拓扑相位中)与其相应的化学电势分布。

图8是在Majorana运算符的上下文中的纳米线的说明性拓扑分段的示意性表示。

图9A－9E是示例性相位门的示意性图示。

详细描述

概览