論文の概要: Charge-$4e$ superconductor with parafermionic vortices: A path to universal topological quantum computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.06963v1
- Date: Fri, 06 Feb 2026 18:59:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-09 22:18:26.544393
- Title: Charge-$4e$ superconductor with parafermionic vortices: A path to universal topological quantum computation
- Title（参考訳）: パラフェルミオン渦を持つ4e$超伝導体:普遍的位相量子計算への道
- Authors: Zhengyan Darius Shi, Zhaoyu Han, Srinivas Raghu, Ashvin Vishwanath,
- Abstract要約: トポロジカル超伝導体(TSC)は、フォールトトレラントな量子情報処理への有望な経路を提供する。
制約を克服する 4e$ TSC は、Abelian chiral $mathbbZ_3$ topological order と 4e$ condensate を組み合わせて得られる。
- 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 superconductors (TSCs) provide a promising route to fault-tolerant quantum information processing. However, the canonical Majorana platform based on $2e$ TSCs remains computationally constrained. In this work, we find a $4e$ TSC that overcomes these constraints by combining a charge-$4e$ condensate with an Abelian chiral $\mathbb{Z}_3$ topological order in an intertwined fashion. Remarkably, this $4e$ TSC can be obtained by proliferating vortex-antivortex pairs in a stack of two $2e$ $p+ip$ TSCs, or by melting a $ν=2/3$ quantum Hall state. Specific to this TSC, the $hc/(4e)$ fluxes act as charge-conjugation defects in the topological order, whose braiding with anyons transmutes anyons into their antiparticles. This symmetry enrichment leads to $\mathbb{Z}_3$ parafermion zero modes trapped in the elementary vortex cores, which naturally encode qutrits. Braiding the parafermion defects alone generates the full many-qutrit Clifford group. We further show that a simple single-probe interferometric measurement enables topologically protected magic-state preparation, promoting Clifford operations to a universal gate set. Importantly, the non-Abelian excitations in the $4e$ TSC are confined to externally controlled defects, making them uniquely identifiable and amenable to controlled creation and motion with superconducting-circuit technology. Our results establish hierarchical electron aggregation as a complementary principle for engineering topological quantum matter with enhanced computational power.
- Abstract（参考訳）: トポロジカル超伝導体(TSC)は、フォールトトレラントな量子情報処理への有望な経路を提供する。
しかし、2e$ TSCsに基づく標準的なMajoranaプラットフォームは、計算的に制約されているままである。
この研究において、これらの制約を克服する 4e$ TSC が Abelian chiral $\mathbb{Z}_3$ Topological order と 4e$ condensate と組み合わせて得られる。
注目すべきは、この4e$ TSCは、2e$$$p+ip$ TSCsのスタックで渦対と反渦対を増殖させ、または$ν=2/3$の量子ホール状態に溶けることによって得られる。
この TSC に特化して、$hc/(4e)$フラックスはトポロジカル秩序の電荷共役欠陥として作用し、エノンとブレイディングすることで、エノンを反粒子に変換する。
この対称性の富化は、自然にクォートを符号化する初等渦コアに閉じ込められた$\mathbb{Z}_3$パラフェルミオン零モードをもたらす。
パラフェルミオン欠陥を単独で割ると、完全多量子クリフォード群が生成される。
さらに,単純な単一プローブ干渉測定により,トポロジカルに保護されたマジック状態の準備が可能であり,クリフォード操作を普遍ゲートセットに促進できることを示す。
重要なのは、4e$ TSCの非アベリア励起は外部制御された欠陥に限られており、超伝導回路技術で生成と運動を制御できる。
この結果は,計算力の増強によるトポロジカル量子物質工学の相補原理として階層的電子集合を確立した。
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