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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.09802v2
• Date: Thu, 11 May 2023 04:03:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-12 18:30:23.499039
• 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、射影非アベリア異性体の実験的量子ディジタルシミュレーションとそのブレイディング統計について報告する。
• 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. They break the fermion-boson dichotomy and obey non-Abelian braiding statistics: 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. However, experimental observation of non-Abelian anyons and their characterizing braiding statistics is notoriously challenging and has remained elusive hitherto, in spite of various theoretical proposals. Here, we report an experimental quantum digital simulation of projective non-Abelian anyons and their braiding statistics with up to 68 programmable superconducting qubits arranged on a two-dimensional lattice. By implementing the ground states of 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, i.e., the Ising anyons. In particular, we show experimentally that these twists follow the fusion rules and non-Abelian braiding statistics of the Ising type, and can be explored to encode topological logical qubits. Furthermore, we demonstrate how to implement both single- and two-qubit logic gates through applying a sequence of elementary Pauli gates on the underlying physical qubits. Our results demonstrate a versatile quantum digital approach for simulating non-Abelian anyons, offering a new lens into the study of such peculiar quasiparticles.
• Abstract（参考訳）: 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。 彼らはフェルミオン・ボソン二分法を破り、非アベリアのブレイディング統計に従う:その交換は位相関数ではなく、位相的に退化した波動関数で囲まれた空間でユニタリ演算をもたらす。 こ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ある。 しかしながら、非アベリアの異性体の実験的観察とそれらの特徴付けによる編曲統計は、様々な理論的な提案にもかかわらず、明らかに困難であり、解像的なヒットヘルトのままである。 本稿では,2次元格子上に配置された最大68個のプログラム可能な超伝導量子ビットを用いた,射影非アベリア電子の量子ディジタルシミュレーションとそのブレイディング統計について報告する。 量子回路をひねってトーリック符号モデルの基底状態を実装することにより、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アノン、すなわちイジングアノンとして振る舞うことを実証する。 特に、これらのツイストはイジング型の融合規則や非アベリアブレイディング統計に従い、トポロジカル論理量子ビットを符号化するために探索できることを実験的に示す。 さらに,基礎となる物理キュービット上に基本パウリゲートの列を適用することにより,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。 この結果は、非アベリア異性体をシミュレートするための多用途量子デジタルアプローチを示し、そのような特異な準粒子の研究に新しいレンズを提供する。

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