論文の概要: Non-Abelian braiding of graph vertices in a superconducting processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.10255v2
• Date: Wed, 31 May 2023 22:13:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-03 01:34:34.380377
• Title: Non-Abelian braiding of graph vertices in a superconducting processor
• Title（参考訳）: 超伝導体におけるグラフ頂点の非アベリアブレイディング
• 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: 粒子の不識別性は量子力学の基本的な原理である。 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,エノンの融合規則を実験的に検証し,それらの統計値を実現するためにそれらを編み取る。
• 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, the experimental observation of their exchange statistics has remained elusive for decades. Controllable many-body quantum states generated on quantum processors offer another path for exploring these fundamental phenomena. While efforts on conventional solid-state platforms typically involve Hamiltonian dynamics of quasi-particles, superconducting quantum processors allow for directly manipulating the many-body wavefunction via unitary gates. Building on predictions that stabilizer codes can host projective non-Abelian Ising anyons, we implement a generalized stabilizer code and unitary protocol to create and braid them. This allows us to experimentally verify the fusion rules of the anyons and braid them to realize their statistics. We then 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 provides new insights about non-Abelian braiding and - through the future inclusion of error correction to achieve topological protection - could open a path toward fault-tolerant 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、それらの交換統計の実験的観察は数十年にわたって解明されてきた。 量子プロセッサ上で生成される制御可能な多体量子状態は、これらの基本的な現象を探索するための別の経路を提供する。 従来の固体プラットフォームへの取り組みは通常、準粒子のハミルトニアンダイナミクスを含むが、超伝導量子プロセッサはユニタリゲートを介して多体波動関数を直接操作できる。 スタビライザ符号が射影的非アベルイジングエノンをホストできるという予測に基づいて、一般化されたスタビライザ符号とユニタリプロトコルを実装し、それらを作成およびブレイドする。 これにより、オニオ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ことができる。 次に、量子計算にanyonsを使う可能性を検討し、3つの論理量子ビットをエンコードするanyonsの絡み合った状態を作るのにブレイディングを利用する。 我々の研究は、非アベリアのブレイディングに関する新たな洞察を提供し、トポロジカルな保護を達成するためのエラー修正を将来含めることによって、フォールトトレラントな量子コンピューティングへの道を開くことができる。

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