論文の概要: Digital simulation of non-Abelian anyons with 68 programmable superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.09802v1
• Date: Thu, 17 Nov 2022 18:59:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-19 06:30:18.506561
• Title: Digital simulation of non-Abelian anyons with 68 programmable superconducting qubits
• Title（参考訳）: 68個のプログラム可能な超伝導量子ビットを持つ非アベリア電子のディジタルシミュレーション
• Authors: Shibo Xu, Zheng-Zhi Sun, Ke Wang, Liang Xiang, Zehang Bao, Zitian Zhu, Fanhao Shen, Zixuan Song, Pengfei Zhang, Wenhui Ren, Xu Zhang, Hang Dong, Jinfeng Deng, Jiachen Chen, Yaozu Wu, Ziqi Tan, Yu Gao, Feitong Jin, Xuhao Zhu, Chuanyu Zhang, Ning Wang, Yiren Zou, Jiarun Zhong, Aosai Zhang, Weikang Li, Wenjie Jiang, Li-Wei Yu, Yunyan Yao, Zhen Wang, Hekang Li, Qiujiang Guo, Chao Song, H. Wang, and Dong-Ling Deng
• Abstract要約: 非アベリア・エノン(Non-Abelian anyon)は、物質のトポロジカル位相によってホストされるエキゾチック準粒子励起である。 我々は、ツイストが電荷と磁気電荷を交換し、特定の種類の非アベリア異性体として振る舞うことを示す。 この結果は,非アベリア異性体を実現し,操作するための汎用的なデジタルアプローチを確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.75710727890576
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Non-Abelian anyons are exotic quasiparticle excitations hosted by certain topological phases of matter [1-2]. They break the fermion-boson dichotomy and obey non-Abelian braiding statistics [3-5]: their interchanges yield unitary operations, rather than merely a phase factor, in a space spanned by topologically degenerate wavefunctions. They are the building blocks of topological quantum computing [1, 6-9]. However, experimental observation of non-Abelian anyons and their characterizing braiding statistics have remained elusive hitherto, in spite of various theoretical proposals [10-21]. Here, we report such an observation with up to 68 programmable superconducting qubits arranged on a two-dimensional lattice. By implementing the toric-code model with twists through quantum circuits, we demonstrate that twists exchange electric and magnetic charges and behave as a particular type of non-Abelian anyons -- the Ising anyons. In particular, we show experimentally that these anyons follow the fusion rules and non-Abelian braiding statistics of the Ising type, and can indeed be used to encode topological logical qubits. Furthermore, we demonstrate how to implement both single- and two-qubit logical gates through applying a sequence of elementary Pauli gates on the underlying physical qubits and then measuring some nonlocal observables. Our results establish a versatile digital approach to realize and manipulate non-Abelian anyons, thus paving an alternative way to topological quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 非アベリア異性体は、物質のトポロジカル位相[1-2]によってホストされるエキゾチック準粒子励起である。 フェルミオン-ボソン二分法を破って非可換ブレイディング統計 [3-5] に従う: それらの交換は位相的に縮退した波動関数にまたがる空間において、単に位相係数ではなくユニタリ演算を与える。 それらはトポロジカル量子コンピューティングの構成要素です [1, 6-9]。 しかし、様々な理論的な提案にもかかわらず、非可換アノンの実験的観察とそれらの特徴付けブレイディング統計は謎めいたままである [10-21]。 本稿では,68個のプログラム可能な超伝導量子ビットを2次元格子上に配置した観測を報告する。 量子回路をツイストしてトーリック符号モデルを実装することで、ツイストが電荷と磁気電荷を交換し、特定の種類の非可換エノンとして振る舞うことを実証する。 特に,これらはIsing型の融合規則や非アベリアブレイディング統計に従い,トポロジカルな量子ビットの符号化に実際に利用できることを示す。 さらに,基礎となる物理キュービットに基本パウリゲートの列を適用し,非局所可観測性を測定することにより,単一および2キュービット論理ゲートの実装方法を示す。 この結果から,非アベリア異性体を実現・操作するための汎用的なディジタルアプローチが確立され,トポロジカル量子コンピューティングに代わる方法が確立された。

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