拓扑 Majorana 量子比特系统容错量子门操作的完整描述

在量子计算面临的主要威胁中，量子退相干是最大的威胁之一，因为它会在计算系统内产生向环境的损失，而这是无法通过纠错方法恢复的。这些方法要求假设环境相互作用迫使量子比特状态进入某种量子比特本征态的线性组合。在现实中，环境导致量子比特进入混合态，原始状态不再可恢复。解决这一问题的一个有前景的方案是将计算态基于拓扑材料内的低能激发。这些态的存在受哈密顿量中的全局参数保护，该参数阻止计算态发生局部耦合和退相干。在本文中，量子比特基于非局域的拓扑 Majorana 费米子（MF），并且门操作通过交换或编织所述 MF 的位置来生成。此类门操作的算法计算是众所周知的，但是相反的从门到编织的计算目前尚不完善。此外，由于可以从多种不同的可能量子比特定义中进行选择，不同计算得到的门操作结果表现不同。为了逻辑上的连贯性，本文重新阐述了双 MF 和四 MF 情况的计算。这组门操作构成了理解和构建六 MF 情况的基础。利用这些基础，通过完全推广可能的量子比特定义之间的门操作和变换列表，对系统进行了完整表征。对该系统的完整描述是令人期待的，有望服务于未来拓扑量子比特的迭代发展。