中科大在任意子光量子模拟中取得重要进展 保真度93.4%

8月11日消息 根据中国科学技术大学消息，该校郭光灿院士团队在光量子模拟和拓扑量子计算研究中取得重要进展。该团队李传锋、韩永建、许金时等人与英国利兹大学教授 Jiannis Pachos 合作，模拟展示了一种基于仲费米子零模编织操作和魔术态萃取实现拓扑量子计算的方法。

研究团队使用自主设计搭建的多模式光量子模拟器，研究了仲费米子零模的量子统计和量子互文性质。实验结果显示仲费米子零模编织过程对局域噪声免疫，并且保持量子互文资源守恒，因此有望通过编织操作和魔术态萃取等手段进行普适、容错的量子计算。

具体来看，中国科大表示二维拓扑系统中允许存在性质奇特的“任意子”。当两个非阿贝尔任意子位置交换时，系统波函数会经历一个幺正演化，因此，可通过任意子的编织操作构造容错的量子门，从而实现拓扑量子计算，最广为人知的非阿贝尔任意子是马约拉纳零模。然而，这种体系有两个缺点：编织不足，以及相干时间低。

该研究组将一条包含两个仲费米子零模的仲费米子链编码成一个多模式马赫-曾德尔干涉仪中光子的波函数。利用不同模式间光子的干涉以及相应激发模式的耗散，研究组在光量子模拟器中展现了仲费米子零模的编织统计和拓扑抗噪性质。编织操作的过程保真度达到 93.4%。

该成果8月9日以研究长文的形式在线发表在美国物理学会期刊《PRX Quantum》上，并被选为编辑推荐文章。