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量子物理

arXiv:2508.10107 (quant-ph)
[提交于 2025年8月13日 ]

标题: 投影测量:具有任意数量量子比特的拓扑量子计算

标题: Projective Measurements: Topological Quantum Computing with an Arbitrary Number of Qubits

Authors:Themba Hodge, Philipp Frey, Stephan Rachel
摘要: 通过在非阿贝尔任意子中编码量子信息,拓扑量子计算承诺了固有的容错性,其中量子门通过编织操作实现。 虽然编织操作对局部扰动具有鲁棒性,但在超越两个量子比特时出现了一个关键但常被忽视的挑战:基于编织的门的简单扩展无法支持完整的克莱夫福德群。 为了克服这一限制,我们引入了投影测量,使不同量子比特编码之间能够进行转换,从而恢复计算普遍性。 我们进行了增强测量的编织动力学多体模拟,分别准备了两个和五个量子比特系统的贝尔态和GHZ态。 此外,我们在五个量子比特上执行了一个随机单位电路,实现了超过99%的保真度。 我们通过研究电路保真度与总编织持续时间和静态势无序的关系来分析电路的鲁棒性。 我们的结果表明,在中等无序情况下,保真度仍高于99%,突显了该架构的内在容错性。 最后,我们在十个量子比特系统上展示了一个随机电路,以展示我们技术的可扩展性。
摘要: Topological quantum computing promises intrinsic fault tolerance by encoding quantum information in non-Abelian anyons, where quantum gates are implemented via braiding. While braiding operations are robust against local perturbations, a critical yet often overlooked challenge arises when scaling beyond two qubits: the naive extension of braiding based gates fails to support even the full Clifford group. To overcome this limitation, we incorporate projective measurements that enable transitions between different qubit encodings, thus restoring computational universality. We perform many-body simulations of braiding dynamics augmented with measurement-based switching, explicitly preparing the Bell state and GHZ state for systems of two and five qubits, respectively. Furthermore, we execute a random unitary circuit on five qubits, achieving a fidelity exceeding 99%. We analyze the circuit's robustness by studying its fidelity dependence on total braid duration and static potential disorder. Our results show that the fidelity remains above 99% for moderate disorder, underscoring the intrinsic fault tolerance of the architecture. Finally, we demonstrate a random circuit on a ten qubit system to showcase the scalability of our techniques.
评论: 7页,5图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2508.10107 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2508.10107v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.10107
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Themba Hodge H [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 8 月 13 日 18:03:52 UTC (3,191 KB)
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