基于马约拉纳的量子门的最优非绝热动力学

在拓扑量子计算中，对量子比特的幺正操作是通过非阿贝尔准粒子（如马约拉纳零模）的绝热编织来实现的，并受到保护免受局部环境扰动的影响。在绝热区域中，时间尺度由系统的逆能隙设定，通过更慢地执行过程可以使误差任意小。为了提升基于马约拉纳零模的量子信息处理性能，我们将最优控制理论应用于基于马约拉纳的量子比特的非绝热动力学。虽然我们牺牲了完全的拓扑保护，但我们对最优协议施加约束，以利用拓扑信息的非局域性质并增强我们门的鲁棒性。通过使用庞特里亚金最大值原理，我们证明可以通过最优脉冲在有限时间内实现与完美绝热编织等效的鲁棒门。在我们的实现中，避免了对器件哈密顿量的修改。我们聚焦于热隔离系统，研究了校准误差以及外部白噪声和 $1/f$（粉红）噪声对基于马约拉纳的门的影响。虽然噪声诱导的反绝热行为（即更慢的过程产生更多的非绝热激发）阻碍了绝热方案鲁棒性的无限增强，但我们的快速最优协议对噪声表现出显著的稳定性，并具有显著提升基于马约拉纳的信息处理实际性能的潜力。