キラルマヨラナフェルミオンに基づくトポロジカル量子計算

Chiral Majorana Fermionは、特定の2Dトポロジーの問題のエッジ状態として発生する可能性のある大量の自己配分フェルミオンです。それは、量子異常なホール絶縁体と従来の超伝導体のハイブリッドデバイスで理論的に予測され、実験的に観察されています。密接に関連するいとこである、対応するトポロジカルマターの大部分のマヨラナゼロモードは、トポロジカル量子計算に適用できることが知られています。ここでは、キラルマヨラナフェルミオンの伝播が、マヨラナゼロモードの編組と同じ単一変換につながり、キラルマヨラナフェルミオンと量子計算を実行するプラットフォームを提案することを示しています。ハイブリッドデバイスのコルビノリングジャンクションは、量子コヒーレントキラルマヨラナフェルミオンを使用してハダマードゲートと位相ゲートを実装できます。また、接合コンダクタンスは、キット状態の自然な読み取りをもたらします。

The chiral Majorana fermion is a massless self-conjugate fermion which can arise as the edge state of certain 2D topological matters. It has been theoretically predicted and experimentally observed in a hybrid device of a quantum anomalous Hall insulator and a conventional superconductor. Its closely related cousin, the Majorana zero mode in the bulk of the corresponding topological matter, is known to be applicable in topological quantum computations. Here we show that the propagation of chiral Majorana fermions leads to the same unitary transformation as that in the braiding of Majorana zero modes and propose a platform to perform quantum computation with chiral Majorana fermions. A Corbino ring junction of the hybrid device can use quantum coherent chiral Majorana fermions to implement the Hadamard gate and the phase gate, and the junction conductance yields a natural readout for the qubit state.