Experimental quantum simulation of a topologically protected Hadamard gate via braiding Fibonacci anyons
Notice bibliographique
Résumé
Topological quantum computation (TQC) is one of the most striking architectures that can realize fault-tolerant quantum computers. In TQC, the logical space and the quantum gates are topologically protected, i.e., robust against local disturbances. The topological protection, however, requires complicated lattice models and hard-to-manipulate dynamics; even the simplest system that can realize universal TQC—the Fibonacci anyon system—lacks a physical realization, let alone braiding the non-Abelian anyons. Here, we propose a disk model that can simulate the Fibonacci anyon system and construct the topologically protected logical spaces with the Fibonacci anyons. Via braiding the Fibonacci anyons, we can implement universal quantum gates on the logical space. Our disk model merely requires two physical qubits to realize three Fibonacci anyons at the boundary. By 15 sequential braiding operations, we construct a topologically protected Hadamard gate, which is to date the least-resource requirement for TQC. To showcase, we implement a topological Hadamard gate with two nuclear spin qubits, which reaches 97.18 % fidelity by randomized benchmarking. We further prove by experiment that the logical space and Hadamard gate are topologically protected: local disturbances due to thermal fluctuations result in a global phase only. As a platform-independent proposal, our work is a proof of principle of TQC and paves the way toward fault-tolerant quantum computation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».