带扭转、凝聚与反射的拓扑表征

尽管被认为具有鲁棒性，拓扑量子物质的实现与控制仍是一项持续的巨大挑战。展望未来，在拓扑基底被用于量子算法之前，需要鲁棒的表征协议来首先认证它们。我们为这一巨大挑战做出贡献，提供了一系列实验上可实现的近期和中期协议来评估逻辑过程的保真度。为此，我们考察了扭转$\mathbb{Z}_{N=2,4}$规范理论中的逻辑算符与任意子准粒子激发。将有限扭转（其本身即是通向伊辛计算的一条有前景的路径）扩展为非契约扭转，可将先前的逻辑算符融合在一起，得到一种扭转量子比特码。该码值得注意之处在于其对逻辑$Y$和$X$错误的码距分别加倍和增至三倍。接下来，我们回顾了$\mathbb{Z}_4$双半子凝聚的退禁闭性质，并给出了一种纠错算法。基于这一理解，我们随后提出了一种$\mathbb{Z}_4$拓扑准粒子反射测量与散射协议。该协议推断系统的拓扑性质，并作为接口拓扑码性能与寿命的高层度量。我们的逻辑与散射协议适用于近期设备，其中多个物理量子比特编码少数逻辑量子比特。凝聚共轭类内粒子的拓扑寿命，先前在人造和异质结构凝聚态实验中已被考虑，可作为跨越合成、基于量子比特以及天然拓扑序的统一性能度量。