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马约拉纳量子比特的一维纠错码
实现量子计算的主要障碍 [1] 是处理量子误差。从环境中分离出一点量子信息已经够具挑战性的了；然而，为了实现一台有用的量子计算机，必须维持数千个纠缠量子比特的相干性。拓扑量子比特的用途在于它们内置了容错能力，这是由于任意子和边界模式之间的空间分离 [2]。马约拉纳零模式 [3-5] 是 p 波超导纳米线的端模式，是拓扑量子计算中最有前途的方向之一 [4,6-14]。这些马约拉纳端模式可以非局部地存储信息，并且可以编织起来执行受拓扑保护的逻辑门 [15-22]。尽管拓扑量子比特具有一定程度的防错能力，但它们仍然需要纠错才能完全实现为计算量子比特。完美的马约拉纳量子比特将具有无限长，并保持在零温度下。非零温度会导致有限的准粒子密度，从而导致量子比特出现错误。存在诸如环面码 [ 2 ]、表面码 [ 23 – 26 ] 和颜色码 [ 27 – 29 ] 之类的纠错码，它们可以在马约拉纳量子比特上实现 [ 30 – 37 ] 或平面码 [ 38 , 39 ] 等其他方案。然而，这些纠错方案需要大量开销，需要大量冗余量子比特来捕获和纠正错误。正如 Kitaev 指出的那样 [ 2 ]，物质的任何拓扑相都可以识别为纠错码。在这一脉络中，我们要问，由马约拉纳纳米线链构建的一维 (1D) 费米子拓扑相 [40, 41] 是否可以与“费米子宇称保护的纠错码”联系起来。只要费米子宇称守恒，这样的链就可以防止量子误差，而且只需要一行物理量子比特，而不是一个表面。在本文中，我们展示了如何使用马约拉纳纳米线链来显著提高量子比特的寿命，因为马约拉纳量子比特中存在不同错误类型的层次结构。由于观察到的密度出乎意料的高
开放马约拉纳系统中的退相干 - DROPS
与热浴耦合会导致存储的量子信息退相干。对于高斯费米子系统（线性或高斯光学的费米子模拟），这些动力学可以通过系统协方差矩阵的演化优雅而高效地描述。将系统和浴都视为高斯费米子，我们观察到退相干发生的速率与浴温度无关。此外，我们还考虑了动力学为马尔可夫的弱耦合状态。我们完全以协方差矩阵的语言对马尔可夫主方程进行了微观推导，其中温度独立性仍然明显。这与其他场景中看到的行为截然不同，例如当费米子与玻色子浴相互作用时。我们的分析适用于许多马约拉纳费米子系统，这些系统被誉为非常稳健、拓扑受保护的量子比特。在这些系统中，有人声称通过降低温度可以指数地抑制热退相干，但我们发现高斯退相干无法通过冷却消除。
光子majorana量子级联激光器具有极化...
©2023作者。本文根据创意共享4.0国际许可，允许以任何中等或格式的使用，共享，适应，分发和复制，因为您将适当的信用归功于原始作者和这些作者，并提供了与创意共享许可证的链接，并指出了IFCHANGES的链接。本文章中的图像或其他第三方材料包含在文章的Creative Commons许可中，除非在材料的信用额度中另有指示。如果本文的创意共享许可中不包含材料，并且您的预期使用不受法定法规的允许或超过允许的使用权，则您需要直接从版权所有的人获得许可。要查看此许可证的副本，请访问http://creativecommons.org/licenses/4.0/。
Majorana零模式的非常规超导体
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。majorana fermions是旋转1/2中性颗粒，它们是其自身的反粒子。它们最初是由Ettore Majorana在粒子物理学中预测的，但它们的观察结果仍然具有Elusi V e。主要的物理物理学借用了Majorana费米子的概念，与粒子物理电子和孔不同，它被称为Majorana零模式。在这种情况下，我们对Majorana零模式在非常规超导体中的基本特性及其在实验性可观察物中的序列提供了教学解释，从而特别强调了最初的理论发现。特别是，我们首先表明Majorana零模式是自缀合的，并作为一种特殊类型的零能量表面Andreev结合状态在非常规超导体的边界处。然后，我们探索一维自旋p波超级导体中的主要零模式，在当时，我们加入了拓扑超级传导的形成，并在超导体 - 血症导向器混合体中的物理实现。在这一部分中，我们强调说Majorana准颗粒作为零能量边缘状态，表现出电荷中立性，自旋极化和Spa tial非偏置性，因为可以从其能量和WAV效应中可以看出独特的特性。ne Xt，我们讨论了获得绿色的p波超导体功能的肛门功能，并证明ma-jorana零模式的出现始终伴随着形成奇怪的旋转式旋转式三个形成，这是Majorana零模式的自轭性质的独特结果。我们最终解决了Majorana零模式在隧道光谱中的特征，包括异常接近效应和相位偏置的Josephson效应。
马约拉纳演示器的锗探测器能量校准
洛斯阿拉莫斯国家实验室是一家采取平权行动/提供平等机会的雇主，由 Triad National Security, LLC 为美国能源部国家核安全局运营，合同编号为 89233218CNA000001。通过批准本文，出版商承认美国政府保留非独占的、免版税的许可，可以为了美国政府的目的出版或复制本文的已发表形式，或允许他人这样做。洛斯阿拉莫斯国家实验室要求出版商将本文注明为在美国能源部的支持下完成的工作。洛斯阿拉莫斯国家实验室坚决支持学术自由和研究人员的发表权利；但是，作为一个机构，实验室并不认可出版物的观点，也不保证其技术上的正确性。
马约拉纳量子比特和奇偶校验之间的交换门......
高保真量子信息处理需要快速门和长寿命量子存储器的结合。在这项工作中，我们提出了一种混合架构，其中奇偶校验保护的超导量子比特直接耦合到马约拉纳量子比特，后者充当量子存储器的角色。超导量子比特基于 π 周期性约瑟夫森结，该结由栅极可调的半导体导线实现，其中单个库珀对的隧穿受到抑制。其中一根导线还包含四个定义量子比特的马约拉纳零模式。我们证明这可以实现 SWAP 门，从而允许在拓扑和常规量子比特之间传递量子信息。该架构将可以用超导量子比特实现的快速门与拓扑保护的马约拉纳存储器相结合。
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Majorana零模式的混合轻型物质网络
拓扑激发，例如Majorana零模式，是编码量子信息的有前途的途径。基于其编织的Majorana Qubit的拓扑保护门将需要某种形式的网络。在这里，我们建议通过在微波腔QED设置中与光纠缠的Majorata物质来构建这样的网络。我们的方案利用了光引起的相互作用，该相互作用与所有Majorana纳米级电路平台通用。这种效应源于在一维物理主要模式链中光耦合的参数驱动。我们的设置可以实现Majorana量子计算平台中所需的所有基本操作，例如融合，编织，关键的T-Gate，读取，以及重要的是，物理Majora Modes的稳定或校正。
拓扑马约拉纳量子比特上 CNOT 门的完整实现
拓扑量子计算 (TQC) 是一种量子计算方法，旨在通过利用由非阿贝尔任意子组成的非局部自由度的拓扑属性来最小化硬件层面的退相干 [1-3]。后者是奇异的准粒子激发，具有非平凡的交换统计数据，用辫子群的多维表示来描述。非阿贝尔任意子集合嵌入在退化基态流形中，这允许非局部存储量子信息并通过编织实现幺正变换来处理它。在所有非阿贝尔任意子中，马约拉纳零能量模式 (MZM) 是最有希望用于 TQC 开发的模式 [4-8]，因为它们是凝聚态系统中最可行的模式。过去十年，开创性的实验确实在多个不同平台上为它们的存在提供了强有力的证据，如近邻半导体纳米线[9-12]、磁性吸附原子链[13，14]、拓扑超导体内的涡旋[15，16]、平面约瑟夫森结[17，18]和近邻量子自旋霍尔边缘[19，20]。基于马约拉纳量子计算机的构建块是马约拉纳量子比特，由四个马约拉纳零点模型组成。通过物理编织这些马约拉纳零点模型，可以实现所有单量子比特 Clifford 门 [21-23]。这些门受到拓扑保护，因为它们的结果完全取决于 2+1 维空间中任意子绝热遵循的轨迹的拓扑。重要的是，一对 MZM 的编织可以通过多种方式实现，这些方式都等同于两个非阿贝尔任意子的物理交换 [ 24 – 30 ] 。事实上，通过考虑额外的 (混合的) 辅助马约拉纳粒子的存在，我们可以通过适当调整不同 MZM 之间的成对耦合 [ 31 , 32 ] 或通过执行顺序射影宇称测量 [ 8 , 33 – 38 ] 来进行编织。非 Clifford 操作（如 T 门）无法通过马约拉纳编织实现，并且必然依赖于没有拓扑保护的实现，并且需要额外的纠错方案（如魔法态蒸馏）[ 23 , 39 ] 。为了实现通用量子计算，单量子比特门必须补充纠缠门，如 CNOT 门。遗憾的是，这种两量子比特 Clifford 门无法在可扩展架构中仅通过马约拉纳编织操作实现 [22, 40]。基于测量的方法使我们能够克服这个问题，通过对（联合）马约拉纳奇偶性进行高保真投影测量来实现 CNOT 门 [8, 35, 41 – 44]。然而，尽管基于测量的 TQC 已被证明对未来开发完全可扩展的拓扑量子计算机非常有价值，但所需的测量协议仍然是一项艰巨的挑战 [35,45,46]。因此，目前，最好设计和描述替代方案，这些方案不依赖于高保真测量，但仍允许稳健地纠缠不同的拓扑量子位。在这项工作中，我们提出了一种基于完整方法的 CNOT 门的无测量实现。完整量子计算的关键思想是利用非阿贝尔几何相在底层哈密顿量的退化特征空间上实现幺正运算 [47]。当系统参数沿着参数空间中保持退化的闭环进行调整时，就会出现这些规范不变相。这种方法相当通用，已经在非拓扑量子计算方案中成功运用 [47-49]。因此，在 TQC 中使用完整技术也很有意义。事实上，马约拉纳粒子的编织过程本身可以解释为一个完整的过程，其中系统遵循成对马约拉纳粒子耦合的三维参数空间中特定的、拓扑保护的环路 [8, 31]。完整的编织描述的优点是它可以很容易地推广，既可以通过考虑具有不同拓扑结构的环路来实现，也可以通过考虑具有不同拓扑结构的环路来实现。
用Majoraana Bound States
我们考虑在外部磁场下与旋转轨道耦合的相位偏置的约瑟夫森连接，并研究了在Majorana结合状态的存在下Josephson二极管效应的出现。我们表明，具有沿旋转轨道轴具有Zeeman场的中间区域的连接形成了低能量的Andreev频谱，与超导相位差异φ=π相对于超导相位差不对称，这在拓扑相中受到Majorana Bound态在拓扑相的强烈影响。这种不对称的Andreev频谱产生了异常的电流曲线和临界电流，这些曲线和临界电流在正和负超潮流中不同，因此信号表明了约瑟夫森二极管效应的出现。即使在微不足道的阶段也存在这种效果，但由于主要结合状态的空间非局部性，它在拓扑阶段得到了增强。因此，我们的论文建立了拓扑超导的利用来增强约瑟夫森二极管的功能。