論文の概要: Universal Topological Gates from Braiding and Fusing Anyons on Quantum Hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.20956v1
• Date: Wed, 28 Jan 2026 19:00:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-30 16:22:49.393444
• Title: Universal Topological Gates from Braiding and Fusing Anyons on Quantum Hardware
• Title（参考訳）: 量子ハードウェア上でのバイディングとファンクションによる普遍的トポロジカルゲート
• Authors: Chiu Fan Bowen Lo, Anasuya Lyons, Dan Gresh, Michael Mills, Peter E. Siegfried, Maxwell D. Urmey, Nathanan Tantivasadakarn, Henrik Dreyer, Ashvin Vishwanath, Ruben Verresen, Mohsin Iqbal,
• Abstract要約: トポロジカル量子計算は、非アベリア準粒子の内部融合空間における量子情報を符号化する。 このような最小限の非アベリアTOは、任意の融合を計算的プリミティブとして扱うことで普遍化可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Topological quantum computation encodes quantum information in the internal fusion space of non-Abelian anyonic quasiparticles, whose braiding implements logical gates. This goes beyond Abelian topological order (TO) such as the toric code, as its anyons lack internal structure. However, the simplest non-Abelian generalizations of the toric code do not support universality via braiding alone. Here we demonstrate that such minimally non-Abelian TOs can be made universal by treating anyon fusion as a computational primitive. We prepare a 54-qubit TO wavefunction associated with the smallest non-Abelian group, $S_3$, on Quantinuum's H2 quantum processor. This phase of matter exhibits cyclic anyon fusion rules, known to underpin universality, which we evidence by trapping a single non-Abelian anyon on the torus. We encode logical qutrits in the nonlocal fusion space of non-Abelian fluxes and, by combining an entangling braiding operation with anyon charge measurements, realize a universal topological gate set and read-out, which we further demonstrate by topologically preparing a magic state. This work establishes $S_3$ TO as simple enough to be prepared efficiently, yet rich enough to enable universal topological quantum computation.
• Abstract（参考訳）: トポロジカル量子計算は、非アベリア正準粒子の内部融合空間における量子情報を符号化する。 これは、トーリックコードのようなアベリアの位相順序(TO)を超える。 しかしながら、トーリック符号の最も単純な非アベリア一般化は、ブレイディングだけでは普遍性をサポートしない。 ここでは、そのような最小限の非アベリアTOは、任意の融合を計算的プリミティブとして扱うことで普遍化できることを示す。 我々は、QuantinuumのH2量子プロセッサ上で、最小の非アベリア群である$S_3$に付随する54量子To波動関数を準備する。 この物質相は、普遍性を支えるために知られているサイクリック・エノン融合規則を示し、トーラス上に1つの非アベリア・エノンをトラップすることで証明する。 我々は非アベリアフラックスの非局所核融合空間における論理キュートリットを符号化し、絡み合うブレイディング演算と任意の電荷の測定を組み合わせ、普遍的なトポロジカルゲートセットと読み出しを実現し、トポロジカルにマジック状態を作成することでさらに実証する。 この研究により、S_3$ TO は効率的に準備できるほど単純であるが、普遍的な位相量子計算を可能にするには十分である。

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