量子コンピューティング：量子ハードウエア上でのエニオンの編み込みと融合による万能ゲート

量子コンピューターには、情報を大域的に保存・操作して局所的な雑音から保護する能力が必要である。トポロジカル秩序相は、情報を基底状態の部分空間に符号化する方法と、エニオン励起に符号化する方法という2つの経路を提供する。トーリック符号は、前者のアプローチの例であるが、本質的に万能ゲートセットを支持しない。一方、後者のトポロジカル量子計算では、非アーベル型エニオンを互いに編み込むことによってゲートを実装する。しかし、トーリック符号の最も単純な非アーベル的一般化では、編み込みだけで汎用性を実現することはできない。今回我々は、エニオン融合を計算プリミティブとして使用すると、これらの最小限の非アーベル型トポロジカル秩序状態を汎用化できることを実証する。我々は、クオンティニュアム社のH2プロセッサー上で、最小非アーベル群であるS₃の量子ダブルの54キュービット基底状態を準備した。そして、非アーベル型エニオンの大域的な融合空間に論理情報を符号化し、編み込みと融合を組み合わせることによって、汎用的なトポロジカルゲートセットと読み出しを実現するとともに、これを、魔法状態をトポロジカルに準備することによって実証した。この結果は、S₃トポロジカル秩序状態が、スケーラブルに準備できる上、万能ゲートセットを支えるだけの豊かさを備えていることを実証している。より広範には、今回の研究は、量子物質の本質的な性質を活用して量子情報を操作する新たな道を開くものである。

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