論文の概要: Observation of non-Abelian exchange statistics on a superconducting processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.10255v1
• Date: Wed, 19 Oct 2022 02:28:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-22 01:53:26.330453
• Title: Observation of non-Abelian exchange statistics on a superconducting processor
• Title（参考訳）: 超伝導プロセッサにおける非アベリア交換統計の観測
• Authors: Trond I. Andersen, Yuri D. Lensky, Kostyantyn Kechedzhi, Ilya Drozdov, Andreas Bengtsson, Sabrina Hong, Alexis Morvan, Xiao Mi, Alex Opremcak, Rajeev Acharya, Richard Allen, Markus Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Abraham Asfaw, Juan Atalaya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Gina Bortoli, Alexandre Bourassa, Jenna Bovaird, Leon Brill, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Tim Burger, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Zijun Chen, Ben Chiaro, Desmond Chik, Charina Chou, Josh Cogan, Roberto Collins, Paul Conner, William Courtney, Alexander L. Crook, Ben Curtin, Dripto M. Debroy, Alexander Del Toro Barba, Sean Demura, Andrew Dunsworth, Daniel Eppens, Catherine Erickson, Lara Faoro, Edward Farhi, Reza Fatemi, Vinicius S. Ferreira, Leslie Flores Burgos, Ebrahim Forati, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, William Giang, Craig Gidney, Dar Gilboa, Marissa Giustina, Raja Gosula, Alejandro Grajales Dau, Jonathan A. Gross, Steve Habegger, Michael C. Hamilton, Monica Hansen, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Paula Heu, Jeremy Hilton, Markus R. Hoffmann, Trent Huang, Ashley Huff, William J. Huggins, Lev B. Ioffe, Sergei V. Isakov, Justin Iveland, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Pavol Juhas, Dvir Kafri, Tanuj Khattar, Mostafa Khezri, M\'aria Kieferov\'a, Seon Kim, Alexei Kitaev, Paul V. Klimov, Andrey R. Klots, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, John Mark Kreikebaum, David Landhuis, Pavel Laptev, Kim-Ming Lau, Lily Laws, Joonho Lee, Kenny Lee, Brian J. Lester, Alexander Lill, Wayne Liu, Aditya Locharla, Erik Lucero, Fionn D. Malone, Orion Martin, Jarrod R. McClean, Trevor McCourt, Matt McEwen, Kevin C. Miao, Amanda Mieszala, Masoud Mohseni, Shirin Montazeri, Emily Mount, Ramis Movassagh, Wojciech Mruczkiewicz, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Ani Nersisyan, Michael Newman, Jiun How Ng, Anthony Nguyen, Murray Nguyen, Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O'Brien, Seun Omonije, Andre Petukhov, Rebecca Potter, Leonid P. Pryadko, Chris Quintana, Charles Rocque, Nicholas C. Rubin, Negar Saei, Daniel Sank, Kannan Sankaragomathi, Kevin J. Satzinger, Henry F. Schurkus, Christopher Schuster, Michael J. Shearn, Aaron Shorter, Noah Shutty, Vladimir Shvarts, Jindra Skruzny, W. Clarke Smith, Rolando Somma, George Sterling, Doug Strain, Marco Szalay, Alfredo Torres, Guifre Vidal, Benjamin Villalonga, Catherine Vollgraff Heidweiller, Theodore White, Bryan W. K. Woo, Cheng Xing, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Juhwan Yoo, Grayson Young, Adam Zalcman, Yaxing Zhang, Ningfeng Zhu, Nicholas Zobrist, Hartmut Neven, Sergio Boixo, Anthony Megrant, Julian Kelly, Yu Chen, Vadim Smelyanskiy, Eun-Ah Kim, Igor Aleiner, Pedram Roushan
• Abstract要約: 非アベリア・エノンのブレイディングは、退化波動関数の空間において回転を引き起こす。 我々は,非アベリアイジングエノンの融合規則を実験的に検証し,それらの統計を実現するためにそれらを編む。 我々の研究は、トポロジカル量子コンピューティングへの重要な一歩である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 144.97755321680464
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Indistinguishability of particles is a fundamental principle of quantum mechanics. For all elementary and quasiparticles observed to date - including fermions, bosons, and Abelian anyons - this principle guarantees that the braiding of identical particles leaves the system unchanged. However, in two spatial dimensions, an intriguing possibility exists: braiding of non-Abelian anyons causes rotations in a space of topologically degenerate wavefunctions. Hence, it can change the observables of the system without violating the principle of indistinguishability. Despite the well developed mathematical description of non-Abelian anyons and numerous theoretical proposals, their experimental observation has remained elusive for decades. Using a superconducting quantum processor, we prepare the ground state of the surface code and manipulate it via unitary operations to form wavefunctions that are described by non-Abelian anyons. By implementing a unitary protocol to move the anyons, we experimentally verify the fusion rules of non-Abelian Ising anyons and braid them to realize their statistics. Building on our technique, we study the prospect of employing the anyons for quantum computation and utilize braiding to create an entangled state of anyons encoding three logical qubits. Our work represents a key step towards topological quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 粒子の不明瞭さは量子力学の基本原理である。 フェルミオン、ボソン、アーベル・アノンを含む、これまで観測された全ての素粒子および準粒子に対して、この原理は同一粒子のブレイディングが系を変化させないことを保証している。 しかし、2つの空間次元において、興味深い可能性が存在する:非可換なアノンのブレイディングは位相的に縮退した波動関数の空間で回転を引き起こす。 したがって、区別不能の原則に違反することなく、システムの可観測性を変更することができる。 非アベリア論の数学的記述や多くの理論的な提案にもかかわらず、その実験的な観察は数十年にわたって解明されてきた。 超伝導量子プロセッサを用いて、表面コードの基底状態を作成し、ユニタリ操作により非可換エノンによって記述される波動関数を形成する。 アノンを移動させるためのユニタリプロトコルを実装することで、非アベルイジングアノンの融合規則を実験的に検証し、それらの統計を実現するためにそれらをブレイドする。 本手法に基づき、量子計算にanyonsを用いた場合の展望を考察し、3つの論理量子ビットをエンコードしたanyonsの絡み合った状態を生成するためにブレイディングを利用する。 我々の研究は、トポロジカル量子コンピューティングへの重要な一歩である。

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