= 1，則這將生成共輒的-Θ/2-相位門。只要已知X和y的值，則對(duì)量子計(jì)算作出 后續(xù)改變以糾正差異不會(huì)有問題。例如，若使用魔法狀態(tài)來生成η/8-相位門，R(3i/4)，且 N xy= 1，則所得到的R(-Ji/4)門可以接續(xù)R(3i/2)相位門，該R(3i/2)相位門是可通過編 織σ準(zhǔn)粒子而獲得的Clifford門。
[0039] 示例件實(shí)現(xiàn)方式
[0040] Majorana線是半導(dǎo)體線內(nèi)具有強(qiáng)自旋軌道耦合的區(qū)域，其中S-波超導(dǎo)體的鄰域 已經(jīng)電感應(yīng)了有效的電子與間隙△。的P-波配對(duì)。規(guī)定線的哪些區(qū)域在拓?fù)洌∕ajorana) 相位狀態(tài)的基本不等式為：
是拓?fù)渲贫龋约?是正常的或"不重要的"相位，以及
[0043] 其中Vx是塞曼分裂，μ是化學(xué)勢(shì)。
[0044] 以上公式中的所有量都可以用本地的電場(chǎng)或磁場(chǎng)空間調(diào)節(jié)，因此可改進(jìn)用于（時(shí) 間相關(guān)的）門控和控制。
[0045] 通過使用電門控或磁門控或兩者，拓?fù)渲贫戎芯€的兩個(gè)分段可以被擴(kuò)展，直到它 們接合至單個(gè)分段中。在兩個(gè)分段接合時(shí)，支配遠(yuǎn)程物理量的Ising張量范疇的融合規(guī)則 允許兩個(gè)不同的融合結(jié)果：
，其中I是不重要的/真空準(zhǔn)粒子，Φ是費(fèi) 米子。為避免解相干，有必要測(cè)量在融合之際發(fā)生什么結(jié)果，且若結(jié)果為Φ，則控制（或至 少知道）對(duì)所得到的Φ準(zhǔn)粒子發(fā)生什么。Φ結(jié)果將被勢(shì)阱陷獲，勢(shì)阱例如由化學(xué)勢(shì)μ中 的結(jié)創(chuàng)建。
[0046] 幸運(yùn)的是，Φ是高于接地狀態(tài)的勵(lì)磁，并且對(duì)于典型的系統(tǒng)參數(shù)將具有IOmeV數(shù) 量級(jí)的附加能量。根據(jù)仔細(xì)的校準(zhǔn)，融合給定線的兩個(gè)拓?fù)浞侄嗡璧目刂崎T電位將會(huì)是 雙峰的，并且可用于讀出融合結(jié)果：1(較低能量）或Φ (較高能量）。
[0047] 拓?fù)浞侄巫鳛楦淖儏?shù)Vx，μ和/或Δ。的結(jié)果被融合。可能以空間局部化的勢(shì) 阱在融合時(shí)刻和融合時(shí)刻后不久形成的方式控制這些參數(shù)。該阱將陷獲融合結(jié)果（融合結(jié) 果僅在結(jié)果碰巧為Φ時(shí)相關(guān)）。這在融合經(jīng)由門控發(fā)生時(shí)特別明顯，所示門控增加μ而使 其他參數(shù)基本恒定；最初在融合初期的區(qū)域中，μ將較低。概覽章節(jié)的項(xiàng)目（1)意味著控 制門控以維持該阱，且因此任何融合結(jié)果Φ的局部化。
[0048] 最后，通過沿線依序調(diào)節(jié)各門，就像彈鋼琴的級(jí)另I」，該阱將被絕熱地 (ab iabat i ca11y)迀移至該線的新形成的、統(tǒng)一拓?fù)浞侄蔚淖蠖嘶蛴叶??；蛘?，沿線的各門 可以被調(diào)節(jié)以便將該線的各端點(diǎn)之一絕熱地平移至該阱。當(dāng)該阱和期望的端點(diǎn)變得彼此靠 近時(shí)（即，在幾個(gè)相干長(zhǎng)度內(nèi)），Φ準(zhǔn)粒子（若存在）將與在Majorana線端點(diǎn)局部化的σ 準(zhǔn)粒子融合（使系統(tǒng)能量降回到接地狀態(tài)）。
[0049] 圖7解說了拓?fù)淙诤线^程。納米線700具有拓?fù)鋮^(qū)域702和704以及插入?yún)^(qū)域 702和704的非拓?fù)鋮^(qū)域706。σ準(zhǔn)粒子708位于拓?fù)鋮^(qū)域702和704的端部。勢(shì)阱710 自非拓?fù)鋮^(qū)域706形成。
[0050] 納米線700被調(diào)諧，以使拓?fù)鋮^(qū)域702和704的靠近端朝向彼此延伸以形成單個(gè) 拓?fù)鋮^(qū)域712。勢(shì)阱710陷獲融合結(jié)果Φ (即I)。
[0051] 納米線700被進(jìn)一步調(diào)諧，以使勢(shì)阱710被絕熱地移向拓?fù)鋮^(qū)域712的一端，其中 〇粒子被局部化。隨著勢(shì)阱710被帶入拓?fù)鋮^(qū)域712的該端的鄰域中，融合結(jié)果Φ隧穿勢(shì) 皇，融合結(jié)果Φ與〇準(zhǔn)粒子融合。
[0052] 拓?fù)浞侄蔚娜诤峡梢杂梦挥诿總€(gè)拓?fù)浞侄蔚亩瞬扛浇腗ajorana算子有效地描 述。（見圖8。）
[0053] 費(fèi)米子Φ (X) = γ；5(Χ)+? y 4(χ)未被空間局部化，且與邊y i+i邊y 2的形式的y 1 和γ2交互。Φ將在費(fèi)米表面（正常狀態(tài)）附近集中，并且可以被寫作Φ = !Kf。
[0054] 在融合之后，系統(tǒng)哈密爾頓（Hamiltonian)算符將取得有效形式
[0055] H = it13y Jfit42Y4Ydit34 γ3γ4，其中所有 tlS 是實(shí)數(shù)。
[0056] 示例件相位門
[0057] 以下參照?qǐng)D9A - 9E討論用于Majorana線的圖5所示的拓?fù)淞孔颖忍厝诤蠀f(xié)議 的非限制性實(shí)現(xiàn)方式，該拓?fù)淞孔颖忍厝诤蠀f(xié)議可用于將狀態(tài)|B e>轉(zhuǎn)換為Θ/2-相位門， R( Θ ) 0
[0058] 圖9A示出一計(jì)算量子比特和一輔助量子比特，該計(jì)算量子比特由狀態(tài)I Ψ>下的 準(zhǔn)粒子102、104、106和108組成，該輔助量子比特由狀態(tài)IB e >下的準(zhǔn)粒子902、904、906和 908組成。準(zhǔn)粒子102、104和902 - 908在納米線910的Majorana線（或拓?fù)鋮^(qū)域）的 端部被局部化。粗線所示的納米線910的部分（在102和104之間、902和904之間、以及 906和908之間）處于拓?fù)湎辔?，?xì)線所示的納米線910的部分（在102和902之間、以及 104和908之間）處于正常的、非拓?fù)涞幕?不重要的"相位。
[0059] 圖9B示出勢(shì)阱912和914在納米線910中分別形成于準(zhǔn)粒子102和902之間以 及準(zhǔn)粒子104和908之間。勢(shì)阱912和914自納米線910的非拓?fù)浠蛘Ｏ辔恍纬?。納米 線910被微調(diào)，以使納米線910在準(zhǔn)粒子102和902之間以及準(zhǔn)粒子104和908之間的分 段進(jìn)入拓?fù)湎辔?，從而將?zhǔn)粒子102和902朝向彼此移動(dòng)、將準(zhǔn)粒子104和908朝向彼此移 動(dòng)，并且形成相應(yīng)的勢(shì)阱912和914。
[0060] 圖9C示出納米線910處于拓?fù)湎辔恢星以谄渲行纬捎袆?shì)阱912和914。勢(shì)阱912 和914分別已經(jīng)陷獲融合結(jié)果916和918。在所得到的勢(shì)阱916和918中陷獲的融合結(jié)果 I或Φ使用局部能量測(cè)量來檢測(cè)。融合結(jié)果被記錄。
[0061] 圖9D示出分別具有所陷獲的融合結(jié)果916和918的勢(shì)阱912和914,勢(shì)阱912和 914可以被絕熱地滑動(dòng)（這可以通過對(duì)控制門"發(fā)揮規(guī)模（play the scale)"來完成）朝 向準(zhǔn)粒子904、906被局部化的指定的線端部。當(dāng)勢(shì)阱912和914分別足夠靠近準(zhǔn)粒子904 和906時(shí)，若所陷獲的融合結(jié)果916和918之一者或兩者為Φ準(zhǔn)粒子時(shí)可能發(fā)生量子隧穿。 準(zhǔn)粒子904和906是〇準(zhǔn)粒子（MZMs)。
[0062] 圖9Ε示出在所陷獲的融合結(jié)果916和918已經(jīng)分別與準(zhǔn)粒子904和906融合以 分別得到準(zhǔn)粒子920和922之后，拓?fù)湎辔恢械募{米線910。準(zhǔn)粒子106、108、920和922 可以包括新的拓?fù)淞孔颖忍亍?br>[0063] 這在Nxy= 0時(shí)實(shí)現(xiàn)Θ /2-相位門R( Θ )，或者在Nxy= 1時(shí)實(shí)現(xiàn)共輒的-Θ /2-相 位門R(-0)。若使用θ = π/4,則若必要，可以應(yīng)用后續(xù)的編織運(yùn)算來將R(-π/4)轉(zhuǎn)換 為 RO /4)。
[0064] 結(jié)論
[0065] 盡管已經(jīng)用對(duì)于結(jié)構(gòu)特征和/或方法動(dòng)作特定的語(yǔ)言描述了各技術(shù)，但是應(yīng)當(dāng)理 解，所附權(quán)利要求書不必要限于所述的特定特征或動(dòng)作。相反，所述特定特征和動(dòng)作被公開 作為實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的示例性形式。
[0066] 上述的各個(gè)實(shí)施例可以被組合以提供進(jìn)一步的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于提供拓?fù)淞孔佑?jì)算運(yùn)算的方法，包括： 提供分別位于第一拓?fù)渚€分段的第一端和第二端的第一準(zhǔn)粒子和第二準(zhǔn)粒子； 提供分別位于第二拓?fù)渚€分段的第一端和第二端的第三準(zhǔn)粒子和第四準(zhǔn)粒子； 在非拓?fù)湎辔粎^(qū)域中形成在所述第二準(zhǔn)粒子和所述第三準(zhǔn)粒子之間延伸的勢(shì)阱； 將在所述第二準(zhǔn)粒子和所述第三準(zhǔn)粒子之間延伸的非拓?fù)湎辔粎^(qū)域轉(zhuǎn)至在所述第二 準(zhǔn)粒子和所述第三準(zhǔn)粒子之間延伸的拓?fù)湎辔粎^(qū)域，并同時(shí)維持所述勢(shì)阱；以及 在所述勢(shì)阱中以陷獲融合結(jié)果準(zhǔn)粒子的方式將所述第二準(zhǔn)粒子和所述第三準(zhǔn)粒子融 合在一起，所述融合結(jié)果準(zhǔn)粒子得自所述勢(shì)阱中所述第二準(zhǔn)粒子和所述第三準(zhǔn)粒子的融 合。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在非拓?fù)湎辔粎^(qū)域中形成在所述第二準(zhǔn)粒 子和所述第三準(zhǔn)粒子之間延伸的勢(shì)阱以及將在所述第二準(zhǔn)粒子和所述第三準(zhǔn)粒子之間延 伸的非拓?fù)湎辔粎^(qū)域轉(zhuǎn)至在所述第二準(zhǔn)粒子和所述第三準(zhǔn)粒子之間延伸的拓?fù)湎辔粎^(qū)域 包括：調(diào)節(jié)多個(gè)門以驅(qū)動(dòng)包括非拓?fù)湎辔粎^(qū)域和拓?fù)湎辔粎^(qū)域的納米線中的相位變化。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 測(cè)量所述融合結(jié)果準(zhǔn)粒子。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 將其中陷獲有所述融合結(jié)果準(zhǔn)粒子的勢(shì)阱與所述第一拓?fù)渚€分段的第一端朝向彼此 移動(dòng)。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述融合結(jié)果準(zhǔn)粒子是第一融合結(jié)果準(zhǔn)粒 子，所述方法還包括： 將所述第一準(zhǔn)粒子和所述第一融合結(jié)果準(zhǔn)粒子融合在一起以得到第二融合結(jié)果準(zhǔn)粒 子。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，初始第一量子比特至少包括所述第一準(zhǔn)粒 子和所述第二準(zhǔn)粒子，初始第二量子比特包括所述第三準(zhǔn)粒子和所述第四準(zhǔn)粒子以及至少 第五準(zhǔn)粒子，所述方法還包括： 用至少所述第二融合結(jié)果準(zhǔn)粒子和所述第五準(zhǔn)粒子形成第三量子比特。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一拓?fù)渚€分段是Majorana線。8. 一種量子計(jì)算設(shè)備，包括： 納米線，所述納米線可配置為具有第一拓?fù)浞侄魏偷诙負(fù)浞侄我约胺峭負(fù)浞侄危?個(gè)拓?fù)浞侄尉哂械谝欢撕偷诙饲揖哂邢鄳?yīng)的在其處局部化的準(zhǔn)粒子，所述非拓?fù)浞侄卧?所述第一拓?fù)浞侄魏退龅诙負(fù)浞侄蔚母鞯谝欢酥g延伸；以及 門陣列，所述門陣列被配置成在所述納米線中可選擇地電感應(yīng)從拓?fù)涞椒峭負(fù)涞南?位變化且反之亦然，并且被配置成電感應(yīng)所述納米線中陷獲在其中的融合結(jié)果準(zhǔn)粒子的勢(shì) 阱，所述融合結(jié)果準(zhǔn)粒子是在所述第一拓?fù)浞侄魏退龅诙負(fù)浞侄蔚母鞯谝欢颂幘植炕?的準(zhǔn)粒子的融合產(chǎn)物。9. 如權(quán)利要求8所述的量子計(jì)算設(shè)備，其特征在于，所述納米線包括Majorana線。10. 如權(quán)利要求8所述的量子計(jì)算設(shè)備，其特征在于，所述門陣列還被配置成引起所述 勢(shì)阱的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述勢(shì)阱以及所述第一拓?fù)浞侄蔚牡诙吮怀虮舜艘苿?dòng)。
【專利摘要】融合結(jié)果準(zhǔn)粒子可以在拓?fù)浞侄蔚膭?shì)阱中被陷獲。融合結(jié)果準(zhǔn)粒子可以是第一準(zhǔn)粒子和第二準(zhǔn)粒子的融合產(chǎn)物，其中第一和第二準(zhǔn)粒子在拓?fù)浞侄蔚亩瞬勘痪植炕?。其中陷獲有融合結(jié)果準(zhǔn)粒子的勢(shì)阱以及第三準(zhǔn)粒子可以相對(duì)于彼此移動(dòng)，以使該勢(shì)阱和該第三準(zhǔn)粒子被朝向彼此移動(dòng)。準(zhǔn)粒子可以是納米線的Majorana模式。
【IPC分類】G06N99/00
【公開號(hào)】CN105164704
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480007403
【發(fā)明人】M·H·弗里德曼, Z·王, R·M·路特希恩, C·納亞克, P·邦德爾森
【申請(qǐng)人】微軟技術(shù)許可有限責(zé)任公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2014年2月5日
【公告號(hào)】EP2954465A1, US20140221059, WO2014123932A1