通用拓扑门:基于量子硬件上任意子编织与融合的实现

拓扑量子计算将量子信息编码在非阿贝尔任意子准粒子的内部融合空间中,其编织操作可实现逻辑门。这一机制超越了环面码等阿贝尔拓扑序(TO),因为后者对应的任意子缺乏内部结构。然而,环面码最简单的非阿贝尔推广形式无法仅通过编织操作实现通用性。本研究表明,通过将任意子融合作为计算基元,此类最小非阿贝尔拓扑序可实现通用计算。研究团队在Quantinuum公司的H2量子处理器上制备了与最小非阿贝尔群S3相关的54量子比特拓扑序波函数。该物质相表现出循环任意子融合规则(已知是通用性的基础),并通过在环面上捕获单个非阿贝尔任意子予以验证。研究人员在非阿贝尔通量的非局域融合空间中编码逻辑三比特,并通过结合纠缠编织操作与任意子电荷测量,实现了通用拓扑门集和读出功能——该团队进一步通过拓扑制备魔术态展示了这一能力。该工作证实S3拓扑序兼具两大优势:其结构足够简单可实现高效制备,同时又足够丰富能支持通用拓扑量子计算。
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提交arXiv: 2026-01-28 19:00

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