論文の概要: Topological contextuality and anyonic statistics of photonic-encoded parafermions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.05008v2
• Date: Sun, 11 Jul 2021 11:52:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-24 19:16:01.906877
• Title: Topological contextuality and anyonic statistics of photonic-encoded parafermions
• Title（参考訳）: フォトニック符号化パラフェミオンのトポロジカルな文脈性と正準統計
• Authors: Zheng-Hao Liu, Kai Sun, Jiannis K. Pachos, Mu Yang, Yu Meng, Yu-Wei Liao, Qiang Li, Jun-Feng Wang, Ze-Yu Luo, Yi-Fei He, Dong-Yu Huang, Guang-Rui Ding, Jin-Shi Xu, Yong-Jian Han, Chuan-Feng Li and Guang-Can Guo
• Abstract要約: パラフェルミオンは準粒子中毒に免疫するトポロジカルクォーディットをコードすることができる。 パラフェルミオンに基づく普遍量子計算の鍵となる要素を実験的に実証する。 トポロジカルに符号化された文脈性は、状態蒸留の魔法の道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.80964768203048
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quasiparticle poisoning, expected to arise during the measurement of Majorana zero mode state, poses a fundamental problem towards the realization of Majorana-based quantum computation. Parafermions, a natural generalization of Majorana fermions, can encode topological qudits immune to quasiparticle poisoning. While parafermions are expected to emerge in superconducting fractional quantum Hall systems, they are not yet attainable with current technology. To bypass this problem, we employ a photonic quantum simulator to experimentally demonstrate the key components of parafermion-based universal quantum computation. Our contributions in this article are twofold. First, by manipulating the photonic states, we realize Clifford operator Berry phases that correspond to braiding statistics of parafermions. Second, we investigate the quantum contextuality in a topological system for the first time by demonstrating the contextuality of parafermion encoded qudit states. Importantly, we find that the topologically-encoded contextuality opens the way to magic state distillation, while both the contextuality and the braiding-induced Clifford gates are resilient against local noise. By introducing contextuality, our photonic quantum simulation provides the first step towards a physically robust methodology for realizing topological quantum computation.
• Abstract（参考訳）: マヨラナゼロモード状態の測定中に生じると思われる準粒子中毒は、マヨラナベースの量子計算の実現に向けて根本的な問題となる。 パラフェルミオン(Parafermions)はマヨラナのフェルミオンの自然な一般化であり、準粒子中毒に免疫するトポロジカルクォーディットをコードする。 パラフェルミオンは超伝導分数量子ホール系で現れることが期待されているが、現在の技術では実現できない。 この問題を回避するため,我々はフォトニック量子シミュレータを用いてパラフェルミオンに基づく普遍量子計算の重要なコンポーネントを実験的に実証する。 この記事への私たちの貢献は2つあります。 まず、フォトニック状態を操作することで、パラフェルミオンのブレイディング統計に対応するクリフォード作用素ベリー相を実現する。 第2に、パラフェルミオン符号化量子量子状態の文脈性を示すことにより、トポロジカル系の量子文脈性が初めて研究される。 重要なことに、トポロジカルに符号化された文脈性は、状態蒸留の魔法の道を開く一方、コンテキスト性とブレイディングによって引き起こされるクリフォードゲートは局所雑音に対して弾力性を持つ。 文脈性を導入することで、我々のフォトニック量子シミュレーションは、トポロジカル量子計算を実現するための物理的に堅牢な方法論への第一歩を提供する。

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