我国科学家展示实现拓扑量子计算新方法

记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、韩永建、许金时等人与合作者研究发现：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。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量子》上，并被选为编辑推荐文章。

在实现拓扑量子计算的过程中，马约拉纳零模的实验制备一直是研究热点，但迄今为止仍然没有实验能明确验证它的存在。除实验困难外，马约拉纳零模体系还有两个缺点：一是它们的编织不足以在拓扑保护下实现通用量子门；二是一种名为准粒子中毒的机制可能会严重降低其相干时间，从而影响该体系的量子计算能力。

科研团队在前期关于马约拉纳零模体系的工作基础上，使用光量子模拟器研究了仲费米子零模的特性，借助一种非定域的数学变换，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，研究人员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%。进一步研究发现，仲费米子零模中的量子互文资源在局域噪声下受到拓扑保护几乎保持不变，而且在编织操作前后，量子互文资源也是一个守恒量。因此可以在编织操作中穿插进行魔术态萃取，从而在仲费米子零模体系中实现容错的普适量子计算。

该成果为拓扑量子计算的实现提供一种可行的物理途径。审稿人高度评价：“不仅展示了全新的物理机制，而且扩展了他们先前对马约拉纳费米子体系的研究。”

（原载于《科技日报》 2021-08-11 01版）