带parafermionic涡旋的电荷-4e超导体:通往通用拓扑量子计算的路径

拓扑超导体(TSCs)为实现容错量子信息处理提供了极具前景的路径。然而,基于2e TSCs的典型马约拉纳平台仍存在计算限制。本研究发现,通过将电荷4e凝聚态与阿贝尔手性ℤ3拓扑序以交织方式结合,可获得一种突破上述限制的4e TSC。值得注意的是,该4e TSC可通过以下两种方式实现:在双层2e p+ip TSCs中增殖涡旋-反涡旋对,或熔解ν=2/3量子霍尔态。这种TSC特有的h̸c/(4e)通量会作为拓扑序中的电荷共轭缺陷,其与任意子的辫积会使任意子转化为对应的反粒子。这种对称性富集导致ℤ3准费米子零模式被捕获在基本涡旋核中,天然编码量子三态(qutrits)。仅通过辫积准费米子缺陷即可生成完整的多量子三态克利福德群。研究进一步证明,采用简单的单探针干涉测量即可实现拓扑保护的魔术态制备,将克利福德操作升级为通用门集。尤为关键的是,4e TSC中的非阿贝尔激发被限制在外部可控缺陷内,使其具有独特可识别性,并能通过超导电路技术实现可控创建与移动。该研究成果确立了层级电子聚集作为增强计算能力的拓扑量子物质工程设计新原理。

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提交arXiv: 2026-02-06 18:59

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