量子物理学：捕捉イオンプロセッサーにおける非アーベル型トポロジカル秩序とエニオン

非アーベル型トポロジカル秩序は、交換される際にその順序を記憶できる準粒子を含む、注目すべき性質を伴う切望されている物質状態である。こうしたエニオン励起は、フォールトトレラント量子コンピューターの有望な構成要素である。しかし、アーベル型トポロジカル秩序におけるより単純な準粒子や欠陥とは異なり、非アーベル型トポロジカル秩序とその励起は、広範な取り組みにもかかわらずまだよく分かってない。今回我々は、量子プロセッサー中に用意した波動関数において、非アーベル型トポロジカル秩序を実現し、そのエニオンの制御を実証したことを報告する。我々は、クオンティニュアム社（Quantinuum）のH2捕捉イオン量子プロセッサーの適応回路を用いて、27キュービットのカゴメ格子にD₄トポロジカル秩序の基底状態波動関数を生成しており、サイト当たりの忠実度は98.4％を超えている。時空内のボロミアン環に沿ってエニオンを生成・移動させることで、エニオン干渉計は、本質的に非アーベル型の編組過程を検出した。さらに、非アーベリオンをトーラスの周りにトンネリングさせると、22通りの基底状態全てと、非アーベル型トポロジカル秩序の特異な特徴である単一エニオンを伴う励起状態が生成された。今回の研究は、直観に反する非アーベリオンの性質を例示しており、量子デバイスにおけるその研究を可能にする。

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