論文の概要: Observing and braiding topological Majorana modes on programmable quantum simulators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.15083v2
• Date: Sat, 22 Apr 2023 03:48:40 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-26 00:34:25.010041
• Title: Observing and braiding topological Majorana modes on programmable quantum simulators
• Title（参考訳）: プログラマブル量子シミュレータにおけるトポロジカルマヨナモードの観測とブレイディング
• Authors: Nikhil Harle, Oles Shtanko, Ramis Movassagh
• Abstract要約: トポロジカルマヨナモードとして知られる集合励起は摂動に対して自然に安定である。 この研究は、クラウドラン量子シミュレーションにおいて、長時間の量子現象が誰でも実現可能であることを示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Electrons are indivisible elementary particles, yet paradoxically a collection of them can act as a fraction of a single electron, exhibiting exotic and useful properties. One such collective excitation, known as a topological Majorana mode, is naturally stable against perturbations, such as unwanted local noise, and can thereby robustly store quantum information. As such, Majorana modes serve as the basic primitive of topological quantum computing, providing resilience to errors. However, their demonstration on quantum hardware has remained elusive. Here, we demonstrate a verifiable identification and braiding of topological Majorana modes using a superconducting quantum processor as a quantum simulator. By simulating fermions on a one-dimensional lattice subject to a periodic drive, we confirm the existence of Majorana modes localized at the edges, and distinguish them from other trivial modes. To simulate a basic logical operation of topological quantum computing known as braiding, we propose a non-adiabatic technique, whose implementation reveals correct braiding statistics in our experiments. This work could further be used to study topological models of matter using circuit-based simulations, and shows that long-sought quantum phenomena can be realized by anyone in cloud-run quantum simulations, whereby accelerating fundamental discoveries in quantum science and technology.
• Abstract（参考訳）: 電子は不可分な素粒子であるが、パラドックス的にそれらの集まりは単一の電子の分数として作用し、エキゾチックで有用な性質を示す。 トポロジカル・マヨラナモード(英語版)として知られるそのような集合的励起は、望ましくない局所雑音などの摂動に対して自然に安定であり、量子情報を堅牢に保存することができる。 そのため、マヨラナモードはトポロジカル量子コンピューティングの基本的なプリミティブとして機能し、エラーに対するレジリエンスを提供する。 しかし、量子ハードウェアでのデモはいまだに解明されていない。 本稿では,超伝導量子プロセッサを量子シミュレータとして用いたトポロジカルマヨラナモードの同定とブレイディングを実証する。 周期駆動を受ける一次元格子上のフェルミオンをシミュレートすることにより、エッジに局在したマヨラナモードの存在を確認し、他の自明なモードと区別する。 ブレイディングとして知られるトポロジカル量子コンピューティングの基本的な論理演算をシミュレートするために,実験において正確なブレイディング統計量を示す非断熱的手法を提案する。 この研究はさらに、回路ベースのシミュレーションを用いて物質のトポロジカルモデルの研究に利用することができ、クラウドで動く量子シミュレーションの誰にでも長期の量子現象が実現可能であることを示した。

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