[发明专利]用于提供任意子的方法和装置、装置的用途

说明书

本发明涉及一种用于提供可以用于拓扑量子计算的任意子的方法和装置(100)。该方法包括以下步骤：‑提供包含至少一个磁织构(15)的磁性材料(10)；‑提供包含至少一个涡流(35)的超导体(30)；‑通过将磁性材料(10)联接到超导体(30)来产生至少一个磁织构‑涡流对(50a，50b)，其中，每个磁织构‑涡流对(50a，50b)结合定位在超导体(30)中的相应的磁织构‑涡流对(50a，50b)的涡流(35)处的任意子。

技术领域

本发明涉及用于提供可以用于拓扑量子计算的任意子(anyon)的方法和装置。此外，发明涉及该装置的用途。

背景技术

下一代的主要挑战之一是实现量子技术并且将量子计算引入商业应用。例如，欧盟(EU)已经启动了欧洲旗舰计划作为大规模、长期的研究倡议，预计10亿欧元的预算集中在四个应用领域：量子通信、量子模拟、量子计算和量子计量和感测。基于所谓的量子位而不是经典的二进制逻辑单元(位)来存储和处理信息允许解决在经典计算机上实际上不可行的计算问题。尽管量子计算目前是其起步阶段的研究领域，但是在实现量子计算机方面的经济利益是巨大的，并且因此，任何使这一领域向前迈进的发明都可以被认为是重大成就。例如，目前在学术和工业研究中心之间进行了竞争激烈的竞赛，在几个不同的物理平台上工作，例如超导量子位、离子阱、氮空位中心和量子点，仅举几个例子。

量子计算领域中的一个非常有前途的领域是拓扑量子计算，它规避了利用拓扑性质的不稳定性。这里，逻辑子空间由下面的材料(被称为任意子)的拓扑激励来构建，并且计算门由它们的受控交换(即，编织)来执行。

拓扑量子计算机是使用被称为任意子的二维准粒子的量子计算机，其世界线(world lines)彼此围绕以在三维空间时间(即，一个时间加两个空间维度)中形成编织物。这些编织物形成构成计算机的逻辑门。基于量子编织物的量子计算机相对于使用俘获的量子粒子的优点在于前者更加稳定。小的累积微扰可能导致量子状态在计算中被分解并引入误差，但是这种小的微扰不会改变编织物的拓扑性质。任意子是二维空间中的准粒子。任意子不是费米子也不是玻色子，而像费米子一样，他们不能占用相同的态。因此，两个任意子的世界线不能相交或合并，这允许它们的路径在空间-时间上形成稳定的编织物。当任意子被编织时，系统的量子状态的变换仅取决于任意子的轨迹的拓扑类(其根据编织组被分类)。因此，轨迹中的小误差不会破坏存储在系统状态中的量子信息。

在当今的拓扑量子计算中的主要挑战是开发用于执行任意子的编织的稳健、稳定和有效的技术。已经提出了几种不同的技术，但是还没有一种技术被实现。而且，先前提出的技术具有实际的缺点。最公知的建议是T结(T-junction)的方法，其中T形半导体线被放置在超导体上，并且通过交换在边缘处的状态来完成编织，如J.Alicea等人在“Non-Abelian statistics and topology quantum information processing in 1D wirenetworks(一维有线网络中非阿贝尔统计拓扑量子信息处理)”，《自然物理学》(Nat.Phys.)，第7卷，第412-417页，2011年5月，D.Aasen等人：“Milestones towardMajorana-based quantum computing(基于马约拉纳量子计算里程碑)”，《物理评论X》(Phys.Rev.X)，第6卷，第031016页，2016年8月，以及B.Bauer等人：“Dynamics ofMajorana-based qubits operated with an array of tunable gates(用可调谐门阵列操作的基于马约拉纳量子比特的动力学)”，《SciPost物理》(SciPost Phys.)，第5卷，第004页，2018年7月。这种技术的问题在于，它需要对局部化学势进行时间相关的调谐，这可以使用栅极电压来执行，但是很难通过实验来执行。另外，它是一维系统。然而，优选在二维中进行编织，因为任意子是二维系统的概念。