我科學家展示實現拓撲量子計算新方法

科技日報合肥8月10日電 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、韓永建、許金時等人與合作者研究發現：仲費米子零模編織過程對局域噪聲免疫，並且保持量子互文資源守恆，因此有望通過編織操作和魔術態萃取等手段進行普適、容錯的量子計算。該成果8月9日以研究長文的形式在線發表在美國物理學會期刊《PRX量子》上，並被選為編輯推薦文章。

在實現拓撲量子計算的過程中，馬約拉納零模的實驗製備一直是研究熱點，但迄今為止仍然沒有實驗能明確驗證它的存在。除實驗困難外，馬約拉納零模體系還有兩個缺點：一是它們的編織不足以在拓撲保護下實現通用量子門；二是一種名為準粒子中毒的機制可能會嚴重降低其相干時間，從而影響該體系的量子計算能力。

科研團隊在前期關於馬約拉納零模體系的工作基礎上，使用光量子模擬器研究了仲費米子零模的特性，藉助一種非定域的數學變換，將一條包含兩個仲費米子零模的仲費米子鏈編碼成一個多模式馬赫—曾德爾干涉儀中光子的波函數。利用不同模式間光子的干涉以及相應激發模式的耗散，研究人員在光量子模擬器中展現了仲費米子零模的編織統計和拓撲抗噪性質。編織操作的過程保真度達到93.4%。進一步研究發現，仲費米子零模中的量子互文資源在局域噪聲下受到拓撲保護幾乎保持不變，而且在編織操作前後，量子互文資源也是一個守恆量。因此可以在編織操作中穿插進行魔術態萃取，從而在仲費米子零模體系中實現容錯的普適量子計算。

該成果為拓撲量子計算的實現提供一種可行的物理途徑。審稿人高度評價：“不僅展示了全新的物理機制，而且擴展了他們先前對馬約拉納費米子體系的研究。”