中国科大在光量子模拟和拓扑量子计算研究中取得重要进展

集微网消息，近期，中国科大郭光灿院士团队在光量子模拟和拓扑量子计算研究中取得重要进展。

中国科大消息显示，该团队李传锋、韩永建、许金时等人与英国利兹大学教授Jiannis Pachos合作，模拟展示了一种基于仲费米子零模编织操作和魔术态萃取实现拓扑量子计算的方法。

研究团队使用自主设计搭建的多模式光量子模拟器，研究了仲费米子零模的量子统计和量子互文性质。实验结果显示仲费米子零模编织过程对局域噪声免疫，并且保持量子互文资源守恒，因此有望通过编织操作和魔术态萃取等手段进行普适、容错的量子计算。

李传锋、韩永建、许金时等人在前期关于马约拉纳零模体系的工作基础上，研究了新型非阿贝尔任意子的性质。

图片来源：中国科大

据介绍，研究组使用光量子模拟器研究了仲费米子零模的特性。仲费米子零模是马约拉纳零模的推广，它具有三重简并的基态并且天然地免疫准粒子中毒等退相干因素。借助一种非定域的数学变换，研究组将一条包含两个仲费米子零模的仲费米子链编码成一个多模式马赫-曾德尔干涉仪中光子的波函数。利用不同模式间光子的干涉以及相应激发模式的耗散，研究组在光量子模拟器中展现了仲费米子零模的编织统计和拓扑抗噪性质。编织操作的过程保真度达到93.4%。

据悉，仲费米子零模的编织操作本身只能实现一类称为Clifford的门操作。为了实现普适的量子计算，可以使用魔术态萃取生成non-Clifford门操作，而魔术态萃取的必要资源是量子互文性。

而研究组发现，仲费米子零模中的量子互文资源在局域噪声下受到拓扑保护几乎保持不变，而且在编织操作前后，量子互文资源也是一个守恒量。因此可以在编织操作中穿插进行魔术态萃取，从而在仲费米子零模体系中实现容错的普适量子计算。（校对/若冰）