面向现实量子计算机的面拓扑量子比特上的完整非阿贝尔与受保护门集

近年来，transmon 等量子比特设计的保真度已接近 0.999。然而，即便这些器件仍不足以实现需要优于 0.9999 保真度的量子纠错。拓扑保护超导量子比特因本质上免受 transmon 中出现的噪声与泄漏误差影响，可说是构建现实量子计算机最具前景的方案。我们提出了一种基于 $\pi$ 周期约瑟夫森元件的拓扑保护量子比特设计，以及一组通用门：受保护的 Clifford 群与高度鲁棒（非保真度 $\sim 10^{-4}$）的非离散完整（holonomic）相位门。该量子比特通过电荷（$Q$）和磁通（$\Phi$）偏置控制。完整门通过快速但绝热地沿二维 $\{\Phi,Q\}$ 空间中的特定闭合路径实现——在该路径上计算态始终简并，但 Berry 曲率局域于路径内部。该门对当前可实现的噪声水平具有鲁棒性。此量子比特架构允许构建泄漏与噪声诱导误差低至 $10^{-4}$ 的现实可扩展超导量子计算机，从而可利用当前可用 fabrication 技术实现现实的纠错码。