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2018-10-24 13:28 |
中國科大首次量子模擬馬約拉納零模的非阿貝爾幾何相位
從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子模擬研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、許金時、韓永建等人與其合作者利用自主研制的光學(xué)量子模擬器研究馬約拉納零模的非阿貝爾交換特性，實現(xiàn)了具有拓撲特性的非阿貝爾幾何相位，并演示了拓撲量子計算的普適量子門操作。該成果10月19日在線發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)·進展》上。 /Ah |Po
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馬約拉納零模是近年來物理學(xué)的研究熱點。李傳鋒研究組在前期量子模擬單個Kitaev鏈上的兩個馬約拉納零模的交換操作[Nature Communications 7,13194 (2016)]基礎(chǔ)上，進一步提升自主研制的光學(xué)量子模擬器的性能，實現(xiàn)了對兩條Kitaev鏈上四個馬約拉納零模交換操作的量子模擬。通過Jordan-Wigner變換，將支持四個馬約拉納零模的費米系統(tǒng)映射到一個六粒子的自旋系統(tǒng)，并利用光子的空間模式對自旋系統(tǒng)進行編碼。而不同馬約拉納零模之間的交換則通過一系列耗散過程實現(xiàn)。這些耗散過程提供了對應(yīng)自旋之間的有效相互作用。兩條Kitaev鏈上的四個馬約拉納零�？梢跃幋a一個量子比特。利用交換過程，研究組成功地模擬了編碼比特上具有拓撲保護特性的Hadamard門和相位門。并且這兩個量子門是非對易的，從而驗證了幾何相位的非阿貝爾特性。 yP&SA+
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馬約拉納零模系統(tǒng)的交換操作并不能實現(xiàn)普適的拓撲量子計算。為實現(xiàn)普適量子門操作，研究組通過將兩個馬約拉納零模移動到同一位置并施加適當?shù)膶崟r演化，實現(xiàn)了相位門。 Hadamard門、和相位門組成了完備的單比特門操作。在通過交換實現(xiàn)的Hadamard門和相位門中，兩個馬約拉納零�？偸翘幱诓煌奈恢�，它們對局域的擾動是免疫的，具有拓撲保護特性。而在相位門中兩個馬約拉納零模會處于同一位置，對此處的局域擾動無法免疫，因而，它不具有拓撲保護性(原則上，此處的局域擾動可通過糾錯解決，不會破會拓撲量子計算過程)。研究組通過在不同的位置施加相位噪聲和反轉(zhuǎn)噪聲，實驗驗證了這一重要特性。實驗搭建的16模式的空間級聯(lián)干涉儀有很好的相位穩(wěn)定性，各類門操作的保真度均大于92%。 D A0{s
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