Majorana-based fermionic quantum computation
由于马约拉纳零模非局部地存储量子信息，因此它们被保护免受噪声的影响，并且已经被提议作为量子计算机的构建块。我们展示了如何使用相同的保护噪声实现通用的费米量子计算。我们的架构只需要两个马约拉纳编码的费米量子自由度，相比之下，替代的实现，需要至少四个马约拉纳的自旋量子自由度。费米自由度支持酉耦合簇变分量子本征求解器和量子相位估计算法，提出用于量子化学模拟。由于我们避免了Jordan-Wigner变换，我们的方案具有较低的开销来实现这两种算法，并在$\mathcal{O}(1)$时间每单位步骤的Trotterized哈伯德哈密顿量的模拟。最后，我们展示了我们的费米体系结构中的魔态蒸馏，给出了一套通用的拓扑保护的费米量子门。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Majorana loop stabilizer codes for error correction of fermionic quantum simulations
保持几何局部性的费米子到量子比特映射对于模拟晶格费米子模型（例如，哈伯德模型）。它们避免了与映射中的几何非局部奇偶项相关的开销，例如Jordan-Wigner变换和Bravyi-Kitaev变换。因此，它们通常提供具有较低深度和门复杂度的量子线路。在这样的编码中，费米子态被编码在一组稳定子的公共+1本征空间中，类似于稳定子量子纠错码。在这里，我们讨论几个已知的几何局部保持映射和它们的能力，以纠正/检测单量子比特错误。我们引入了一个几何局部保持映射，其稳定子对应于费米子跳跃图的闭路径上的Majorana算子的乘积。我们表明，我们的代码，我们称之为马约拉纳回路稳定器代码（MLSC）可以纠正所有的单量子位错误的2维正方形晶格，而以前的几何局部保持代码只能检测到单量子位错误相同的晶格。与现有代码相比，MLSC将相关的费米子算子映射到较低权重的量子比特算子，尽管具有更高的代码距离。超越晶格模型，我们证明了MLSC与模拟量子化学的最先进算法兼容，并且可以为这些模拟提供相同的纠错特性，而无需额外的渐近开销。这些特性使得MLSC成为近期器件上费米子误差减轻量子模拟的一个有希望的候选者。
2020-08-23 quant-ph
Quantum Computation Using Vortices and Majorana Zero Modes of a $p_x$ + $ip_y$ Superfluid of Fermionic Cold Atoms
我们提出利用最近预测的费米冷原子的二维“弱配对”$p_x + ip_y$超流态作为拓扑量子计算的平台。在一个漩涡的核心，这种状态支持一个零能量马约拉纳模式，移动到有限的能量在相应的拓扑平凡的“强配对”状态。通过在弱对态编织涡旋，幺正量子门可以应用于Majorana零模的希尔伯特空间。对于读出的拓扑量子比特，我们提出了现实的计划，适用于原子超流体。
2006-06-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal Fermionic Joint Measurements for Estimating Non-Commuting Majorana Observables
针对非对易马约拉纳可观测量的估计问题，本文提出基于对称性质分析的最优联合测量方案，推导了不相容鲁棒性的渐近标度，给出了可实现最优噪声的具体实现方法，性能可媲美费米子经典阴影。
2025-11-12 math-ph math.MP quant-ph
Fermionic partial tomography via classical shadows
我们提出了一个层析协议，用于估计任何$ k $体约化密度矩阵（$ k $ -RDM）的$ n $模式的费米子态，一个普遍存在的步骤，在近期的量子算法模拟多体物理，化学和材料。我们的方法扩展了经典阴影的框架，一种学习量子态性质集合的随机方法，到费米子环境。我们的采样协议使用随机测量设置所产生的离散组的费米子高斯幺正，实现与线性深度电路。我们证明，估计所有的$ k $ -RDM元素添加剂精度$ \varepsilon $需要的顺序上的$ \binom{n}{k} k^{3/2} \log(n) / \varepsilon^2 $重复状态的准备，这是最佳的对数因子。此外，数值计算表明，我们的协议提供了一个实质性的改进，在恒定的开销为$ k \geq 2 $，相比以前的确定性策略。我们还调整我们的方法，粒子数对称，其中额外的电路深度可以减半的成本大约2-5倍多的重复。
2022-10-03 quant-ph
Phase space methods for Majorana fermions
费米子相空间表象是研究关联费米子系统的一种很有前途的方法。利用费米子湮灭算符和产生算符的高斯算符定义了费米子Q函数和P函数。协方差矩阵的相空间属于对称类D，非标准对称类之一。这最初是为了研究介观正常金属-超导混合结构而提出的，这种结构导致了最近对马约拉纳费米子的实验观察。在酉变换下，可以用实反对称矩阵和马约拉纳算子来表示这些高斯算子，它们是更简单的数学对象。我们推导出涉及Majorana费米子算子和一个反对称矩阵的微分恒等式，这与对称空间上相应的Fokker-Planck方程的推导有关。这些使随机模拟无论是在真实的或虚构的时间。这种形式主义有直接的关系，其中有马约拉纳型激发的费米子系统的研究，是一种替代使用涉及传统的费米运营商的扩展。该方法示出了如何线性耦合哈密顿用于研究拓扑激发可以转化为福克-普朗克和随机方程的形式，包括通过粒子损耗耗散。
2018-05-29 quant-ph
Majorana Tensor Decomposition: A unifying framework for decompositions of fermionic Hamiltonians to Linear Combination of Unitaries
本文提出了Majorana张量分解（MTD）框架，统一了现有的LCU分解方法，并利用低秩张量分解技术为电子结构哈密顿量提供新的分解途径。
2024-10-15 physics.chem-ph quant-ph
Realizing Universal Majorana Fermionic Quantum Computation
Majorana-费米子量子计算（MFQC）是由Bravyi和Kitaev提出的（参见参考文献\cite{Kitaev}），其中由Majorana费米子构建的故障洪流（非拓扑）量子计算机可能比由可区分的两态系统构建的量子计算机更有效。然而，到目前为止，人们还不知道如何在物理系统中实现MFQC。在本文中，我们提出了一种可能的实现MFQC。我们发现，p波超导体或超流体的线缺陷的末端将捕获一个Majorana零模，这将成为MFQC的起点。然后，我们展示了如何操纵马约拉纳费米子做通用MFQC，它具有独特的可能性，高层次的本地可控性，个别寻址，并读出的量子态的个别组成元素，通过使用及时的冷原子技术。
2013-05-01 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Fermionic tomography and learning
通过经典阴影的阴影层析成像是用于估计量子态的性质的最先进的方法。我们提出了一个简化的，组合分析最近提出的这种方法的基础上的酉都是费米子高斯和克利福德合奏的实例。使用这种分析，我们推导出估计量方差的校正表达式。然后，我们展示了这如何导致有效的估计协议的保真度与纯费米子高斯态（可证明）和$X$ -类似的运营商的形式（$|\mathbf 0\rangle\langleψ|$ + h.c.）(via数字证据）。我们还构建了更小的测量基集合，这些测量基集合产生完全相同的量子信道，这可能有助于编译。我们使用这些工具表明，$n$电子，$m$模式斯莱特行列式可以学习到$ε$保真度内给定$O(n^2 m^7 \log(m / δ) / ε^2)$样本的斯莱特行列式。
2022-07-29 cs.DS quant-ph
Scalable Fermionic Error Correction in Majorana Surface Codes
研究了由相互作用的Majorana费米子构造的拓扑量子码--Majorana表面码（MSC）的纠错特性，这种码可用于存储量子信息和进行量子计算.这些量子存储器遭受纯粹的“费米子”错误，如准粒子中毒（QP），在传统的玻色子量子位平台中没有类似的错误。在QP占主导地位的物理实现中，我们表明，错误可以得到纠正，中毒率低于阈值$\sim11\%$。当QP被高度抑制并且费米子双线性（“玻色子”）误差变得占主导地位时，我们发现误差阈值为$\sim16\%$，这比基于自旋的拓扑存储器（如表面码或颜色码）的阈值高得多。此外，我们推导出新的格点规范理论来解释测量误差。这些结果，连同MSC的物理实现中由超导能隙提供的固有误差抑制，使得这成为鲁棒拓扑量子存储器的强有力的候选者。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Majorana Fermion Codes
我们开始研究马约拉纳费米子码。这些代码可以被视为扩展Kitaev的1D模型的不成对的马约拉纳费米子在量子线到更高的空间维度和相互作用的费米子。马约拉纳费米子码（MFC）的目的是保护量子信息免受低权重费米子错误的影响，即算符作用于足够小的费米子模式子集。我们研究在何种程度上MFC可以超越量子位稳定剂代码在其稳定性。提出了一种基于宏观码距的拓扑保护和基于费米子宇称守恒的保护相结合的二维MFC的一般结构。最后，我们使用MFC来展示如何将任何量子位稳定器代码转换为弱自对偶CSS代码。
2010-04-27 cond-mat.str-el quant-ph
Probing Atomic Majorana Fermions in Optical Lattices
我们引入了一个光晶格中的一维费米子原子系统，其相图包含不同对称类的拓扑态。这些状态可以通过它们的零能量边缘模式来识别，这是马约拉纳费米子。我们提出了几种通用的方法来检测Majorana边缘状态，根据其真正的功能：零能量，本地化的波函数的字符，并诱导非本地的费米子相关。
2013-04-09 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fermionic-Adapted Shadow Tomography for dynamical correlation functions
School of Computational Sciences, Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院计算科学学院）；Materials Science Division, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室材料科学部）；Department of Physics, University of Illinois at Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校物理系）
本文提出费米子适应的阴影量子态重构方法，用于高效计算多个动态关联函数，通过重构函数形式与阴影量子态技术兼容，提升样本效率和减少测量电路数量。
2026-03-16 physics.comp-ph quant-ph
Majorana-Pauli stabilizer codes and duality webs of fermionic topological phases
International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院量子材料国际中心）；C. N. Yang Institute for Theoretical Physics, Stony Brook University（石溪大学陈省身理论物理研究所）
本文引入马约拉纳-泡利稳定子码，构造了费米子环面码的精确可解稳定子实现，并通过任意子凝聚和对称性规范对偶网络连接了多种拓扑相。
2026-10-05 cond-mat.str-el math-ph math.MP
Topological degeneracy (Majorana zero-mode) and 1+1D fermionic topological order in a magnetic chain on superconductor via spontaneous Z2 symmetry breaking
我们研究了位于完全带隙超导体衬底上的铁磁纳米粒子或铁磁分子/原子链。我们发现，在相当现实的条件下，费米子数宇称对称性$Z_2^f$可以自发破缺。换句话说，这样的链可以在开链上实现1+1D的费米拓扑有序态和相应的二重拓扑简并。这种拓扑简并在非相互作用极限下成为所谓的马约拉纳零模。更具体地说，我们发现，如果（1）纳米粒子之间的电子跳跃$Z_2^f$大于纳米粒子上的奇偶电子基态之间的能量分裂$δE_{eo}$，（2）超导衬底与纳米粒子之间的约瑟夫森耦合$J_i$大于或近似于$δE_{eo}$，（3）电子跳跃幅度$t_{ij}$是复数，或者更准确地说，规范不变组合$J_i t_{ij}^2 J_j^*$的相位不为零。
2015-01-06 cond-mat.str-el quant-ph
FFLO or Majorana superfluids: The fate of fermionic cold atoms in spin-orbit coupled optical lattices
最近在实验上实现了超冷原子的自旋轨道耦合，为探索新的量子物质开辟了一条全新的途径。在实验中，SOC是同时实施与塞曼场。这样的自旋轨道耦合费米气体被预测支持马约拉纳费米子与非阿贝尔交换统计在一维（1D）。然而，正如最近的理论和实验所示，一维自旋不平衡费米气体，塞曼场可以导致长期寻求的富尔德-费雷尔-拉金-奥夫钦尼科夫（FFLO）超流体与非零动量库珀配对，在马约拉纳超流体的零动量配对。因此，一个自然的问题是，FFLO或马约拉纳超流体哪一相将在存在大塞曼场的自旋轨道耦合费米气体中生存。本文通过研究一维（准一维）自旋-轨道耦合费米冷原子光晶格的平均场量子相位来解决这个问题。
2013-07-10 cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con quant-ph
Encoding Majorana codes
本文提出利用稳定子矩阵和费米子 Clifford 高斯消元计算 Majorana 码幺正编码电路的两种算法，一种借助辅助模式适用于所有 Majorana 稳定子码，另一种不使用辅助模式但在总宇称属于稳定子群时失效。
2025-08-18 quant-ph
Majorana Zero Modes in Fermionic Wires coupled by Aharonov-Bohm Cages
我们设计了一个在Aharonov-Bohm笼耦合的相互作用费米子梯中实现Majorana零模的守恒方案。后者通过相消干涉提供了消除单粒子跳跃的有效机制。因此，每根导线中至关重要的宇称对称性就被编码到了系统的几何结构中，特别是它的平移不变性。一个通用的最近邻相互作用产生所需的相关跳对。我们展示了一个扩展的拓扑区域在参数空间中的存在下，首先在一个简化的有效模型通过玻色化技术，随后在一个更大的参数制度与矩阵产品状态的数值模拟。我们展示了绝热连接到以前的模型，包括精确可解的，我们简要评论可能的实验实现在合成量子平台，如冷原子样品。
2022-09-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Dynamics of quantum resources in regular and Majorana fermion systems
近年来，资源理论框架下对量子物理现象的重新评估引发了利用量子资源的新型量子技术的设计，如纠缠和量子相干性。考虑到这一点，在这项工作中，我们研究了两个固态费米子量子器件的量子资源的动力学：（i）由一对马约拉纳费米子组成的系统和（ii）另一个包括一对常规费米子。在这两个系统中，费米子物质都耦合到一个单能级量子点。从这些三方系统与耗散水库的相互作用，我们能够表征的动态设备的一些初始状态。通过采用时间非定域主方程方法，我们得到了费米子占据、量子关联和量子相干性在马尔可夫和非马尔可夫耗散体系中的演化。我们调查的相互转换的本地相干性和二分相关的边缘状态在每个设备。虽然动力学的纠缠和量子相干性依赖于相当强烈的温度的水库定期费米子，我们发现这些演变是定性相似的情况下，马约拉纳束缚态的温度无关。我们的结果说明了使用量子信息理论的措施来表征量子资源在费米子系统中的作用。
2022-04-06 quant-ph
Optimal trace-distance bounds for free-fermionic states: Testing and improved tomography
本文研究自由费米子态，证明关联矩阵误差与迹距离误差线性相关，并据此提出性质检验的低效性结论、低秩态的高效检验算法及改进的层析样本复杂度界。
2025-10-09 math-ph math.MP quant-ph
Decoherence in open Majorana systems
耦合到热浴导致存储的量子信息的退相干。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的协方差矩阵的演化来优雅而有效地描述。以系统和浴是高斯费米子，我们观察到退相干发生的速率是独立的浴温度。此外，我们还考虑了一个弱耦合制度的动力学是马尔可夫。我们提出了一个微观推导马尔可夫主方程完全在语言的协方差矩阵，温度的独立性仍然明显。这与其他场景中看到的行为完全不同，例如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，已被誉为非常强大的，拓扑保护，量子比特。在这些系统中，有人声称，热退相干可以指数抑制降低温度，但我们发现高斯退相干不能冷却。
2015-07-01 quant-ph
Exact zero modes and decoherence in systems of interacting Majorana fermions
马约拉纳费米子经常与其他低能费米子自由度共存。在这种情况下，拓扑量子计算需要使用多体系统的费米零模。我们分类所有这样的相互作用费米子模式，并显示如何选择最大化的退相干时间的模式。我们发现，在一个典型的相互作用系统的最大消相干时间是一个数量级的量子比特的基础上的费米子宇称算符的本地部分的消相干时间。
2014-01-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Matrix Elements of Fermionic Gaussian Operators in Arbitrary Pauli Bases: A Pfaffian Formula
本文针对任意泡利乘积态之间费米子高斯算符矩阵元计算难题，引入符号编码矩阵并利用其对应的so(2L)李代数结构，推导出一般且显式的普法夫公式，为量子层析、纠缠动力学及匹配门计算等提供可扩展计算框架。
2025-06-03 quant-ph
Phase-sensitive representation of Majorana stabilizer states
Institute of Physical and Theoretical Chemistry, University of Würzburg（维尔茨堡大学物理与理论化学研究所）；Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology（加州理工学院化学与化学工程系）
本文提出Majorana稳定子态的相敏感表示，并给出了计算其振幅、内积及转换规则的算法。
2026-02-19 quant-ph
Williamson majorization theory of fermionic non-Gaussianity
Universität zu Köln（科隆大学）；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
本文建立费米子非高斯性的威廉姆森 majorization 定律，将相关量化指标转化为强单调量，推导态转换条件，且理论可在现有量子设备上验证。
2026-08-19 quant-ph
Dynamics of Majorana fermions in two-dimensions
马约拉纳费米子是一种单一的费米子粒子，它是自己的反粒子。其动力学由马约拉纳方程确定，其中旋量场$(ψ)$根据定义等于其电荷共轭场$(ψ_c)$。在这里，我们研究了在$1+1$维的最一般的静态外场的存在下，这只是一个标量势，通过实现第一次超对称量子力学的方法的Majorana费米子的动力学。特别是，形状不变性持有的潜力，我们展示了如何获得解析解。我们发现，虽然这个方程确实有束缚态，但它没有定态。该方法是用一个线性电位说明。
2019-03-10 quant-ph
Fault tolerant Operations in Majorana-based Quantum Codes: Gates, Measurements and High Rate Constructions
本文提出了一个基于 Majorana 硬件的通用容错计算框架，构造了偶数和奇数 Majorana 码的容错门与测量方案，并构建了高码率量子 LDPC 码，证明了费米子硬件能完整实现容错量子计算。
2025-09-16 quant-ph
Fermionic quantum computation
我们定义了一个模型的量子计算与本地费米子模式（LFM）-网站可以是空的或占据的费米子。利用$m$ LFM的Foch空间与$m$量子位的Hilbert空间之间的标准对应，一个费米子门的模拟需要$O(m)$量子位门，反之亦然。我们表明，使用不同的编码，模拟成本可以减少到$O(\log m)$和一个常数，分别。有界度图上的最近邻费米子门可以以常数代价进行模拟。我们还研究了用马约拉纳费米子计算，马约拉纳费米子基本上是LFM的一半。与量子位量子码的一些联系。
2000-04-01 quant-ph
Fermion-Parity-Based Computation and its Majorana-Zero-Mode Implementation
马约拉纳零模（MZMs）为拓扑保护的费米子量子计算提供了一个平台。然而，创建多个MZM并（直接或经由测量）生成必要的变换（例如，辫子）提出了重大挑战。我们介绍费米子奇偶校验为基础的计算（FPBC）：一个基于测量的计划，仿照基于保利的计算，使用有效的经典处理，以虚拟地增加可用的MZM的数量，其中，魔术状态输入，操作没有变换。FPBC要求所有MZM奇偶校验都是可测量的，但这与所提出的MZM硬件中的约束相冲突。因此，我们引入了一种设计，其中所有的奇偶校验是直接测量的，因此非常适合FPBC。在发展FPBC的过程中，我们将“逻辑辫子群”确定为Clifford群的费米模拟。
2022-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nearly Optimal Measurement Scheduling for Partial Tomography of Quantum States
量子模拟的许多应用需要制备量子态，然后通过执行有效的部分层析成像来估计对应于$k$ -体约化密度矩阵（$k$ -RDM）的可观测量来表征所述量子态。例如，化学的量子模拟的变分算法通常要求测量费米子2-RDM。虽然这样的边缘提供了一个易于处理的描述量子态，从许多重要的属性可以计算，他们的测定往往需要一个禁止大量的电路重复。这里，我们描述了一种方法，通过该方法，作用于$N$量子位的$k$ -体量子位RDM的所有元素可以用缩放为${\cal O}(3^{k} \log^{k-1}\! N)$的多个电路直接测量，这是$N$相对于现有技术的指数改进。接下来，我们示出了如果能够在测量之前在线性阵列上实现线性深度电路，则可以仅使用${\cal O}(N^2)$电路直接测量费米子2-RDM的所有元素。我们证明了这个结果是渐近最优的，从而建立了直接测量量子比特与费米子RDM的所有元素所需的电路数量之间的指数分离。我们进一步证明了一种技术来估计任何线性组合的费米子2-RDM元素使用${\cal O}(N^4 / ω)$电路，每个只有${\cal O}(ω)$门的线性阵列上的$ω\leq N$是一个自由参数的期望值。我们期望这些结果将提高近期量子模拟的许多建议的可行性。
2020-09-22 quant-ph
Majorana representation, qutrit Hilbert space and NMR implementation of qutrit gates
我们研究了一个qutrit的Majorana几何表示，其中单位球面上的一对点表示它的量子态。给出了四重态的一种标准形式，其中每个态都可以通过$SO(3)$作用从单参数态族中得到。在马约拉纳球上对自旋为1的磁化强度的概念作了几何解释，该磁化强度在$SO(3)$下是不变的.此外，我们描述了几个量子门在马约拉纳图片和实验上实现这些门上的自旋1系统（NMR qutrit）在液晶环境中取向的行动。我们研究了在各种有用的量子操作下，代表quutrit状态的点对的动力学，并将它们与不同的NMR操作联系起来。最后，利用Gell Mann矩阵图像，我们实验实现了一个完全量子态层析成像方案。
2018-02-06 quant-ph
Tomography of zero-energy end modes in topological superconducting wires
利用广义Bloch坐标$φ, θ, δ$描述了具有自旋轨道耦合和磁场的拓扑混合超导-半导体线中的Majorana零模，并分析了它们在SU（2）转动下的变换.证明了当自旋轨道耦合与磁场垂直时，在适当的坐标系中，$φ$和$δ$是普适的.我们利用这些几何性质来解释具有不同取向的磁场和/或自旋-轨道耦合的两条导线的结中的约瑟夫森电流的行为。我们将展示如何从那里提取，角度$θ$，因此提供了一个完整的描述的马约拉纳模式。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermionic computation is non-local tomographic and violates monogamy of entanglement
结果表明，用局域费米模代替量子比特的计算模型不满足局域层析和单偶纠缠，而是具有最大纠缠的混合态.这些特征直接来自对应于宇称超选择规则的宇称守恒。我们将量子超选择规则推广到一般的概率理论，作为状态凸集上的线性约束集。然后，我们提供了一个超选择规则的基数和由此产生的理论的整体性的程度之间的联系。
2014-07-25 quant-ph
Optomechanical realization of the bosonic Kitaev-Majorana chain
该研究在纳米光机械网络中实验实现了玻色子Kitaev-Majorana链，通过参数相互作用模拟跳跃和配对，观察到手性放大、指数增益等非厄米拓扑现象，并演示了增强传感响应，为研究非厄米拓扑提供了新平台。
2023-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent interaction of multistate quantum systems possessing the Majorana and Morris-Shore dynamic symmetries with pulse trains
本文给出了描述具有Majorana和Morris-Shore动力学对称性的多态量子系统与脉冲训练相互作用的精确解析公式。脉冲训练场可以被看作是量子系统与相同场的重复相互作用，因此整个传播子被表示为单脉冲传播子的矩阵幂。由于Majorana和Morris-Shore对称性，多状态动力学的特征在于由一对或多对复值Cayley-Klein参数描述的内在两状态特征。这有助于推导出连接单步和多步传播子的显式公式。这种分析关系的可用性为各种应用开辟了前景，例如，相干脉冲训练相互作用的分析描述，或者用于量子比特、量子比特和一般量子比特的集合的精确量子门层析成像的量子门误差的相干放大。
2022-06-18 quant-ph
Bipartite entanglement of the primordial Majorana during inflation
Ningbo University（宁波大学）；Beijing University of Technology（北京工业大学）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
利用马约拉纳费米子探针，在轴子暴胀背景下推导模式方程和哈密顿量，通过玻戈留波夫变换计算冯·诺依曼熵和对数负性，发现轻质量马约拉纳模式在超视界尺度保持增强的二分量子性。
2026-06-26 gr-qc hep-th quant-ph
Optimal tomography of bosonic and fermionic Gaussian states
Inria, Télécom Paris – LTCI, Institut Polytechnique de Paris（法国国家信息与自动化研究所，巴黎高等电信学院-通信与图像实验室，巴黎理工学院）；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；LMU Munich & Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST), University of Amsterdam & QuSoft（慕尼黑大学及慕尼黑量子科学与技术中心，阿姆斯特丹大学及QuSoft）；CWI & QuSoft（荷兰数学与计算机科学研究中心及QuSoft）
研究玻色子和费米子高斯态的样本复杂度问题，利用高斯酉群表示理论及随机纯化通道推广，得出无论态的类型和能量限制，均可通过与模式数成二次方比例的副本数来学习这些态的结论。
2026-07-14 cond-mat.other math-ph math.MP
A new twist on the Majorana surface code: Bosonic and fermionic defects for fault-tolerant quantum computation
本文提出马约拉纳表面码中扭曲缺陷的统一框架，证明其可编码两倍拓扑保护信息，并实现通用计算，为容错量子计算开辟新路径。
2024-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Stability of Majorana zero modes with quantum optical lattices
Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）
研究一维超冷费米子系统中腔诱导长程相互作用对Majorana零模（MZM）的影响，通过精确对角化和奇异值分解分析其能隙和谱性质，发现特定条件下MZM出现并导致超辐射拓扑相。
2026-07-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Pauli spectrum and nonstabilizerness of random fermionic Gaussian states
Universität zu Köln（科隆大学）；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与工程中心）
本文刻画了随机费米子高斯态的魔法性，推导了其Pauli谱与稳定化熵的精确表达式，发现冻结现象，并证明典型态在丢弃一定比例模式后仍保持魔法性。
2026-09-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Exact Solution of Quadratic Fermionic Hamiltonians for Arbitrary Boundary Conditions
我们提出了一个严格对角化有限范围的二次费米子哈密顿任意边界条件的D维之一，并在其余的D-1周期。关键是一个哈密顿依赖的分离的大部分从边界。通过结合两者的信息，我们确定了一个矩阵函数，完全表征的解决方案，并允许确定散装边界对应的指标。作为一个例子，我们展示了我们的方法如何正确地描述了零能量马约拉纳模式的时间反演不变的s波超导体的约瑟夫森环配置，并预测，分数4 π约瑟夫森效应只能观察到的阶段托管奇数马约拉纳对。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Statistical properties of linear Majorana fermions
马约拉纳费米子是一种单一的费米子粒子，它是自己的反粒子。它的动力学由马约拉纳方程确定，其中旋量场根据定义等于其电荷共轭场。在本文中，我们研究了线性马约拉纳费米子的香农熵，以了解这个数量是如何修改，由于外部潜在的线性类型的线性。随后，我们把我们的注意力转向这些马约拉纳粒子的合奏的建设，研究模型的热力学性质。最后，我们展示了如何香农熵和热力学性质的修改下的线性势的作用。
2021-04-12 hep-th quant-ph
Decoding quantum criticalities from fermionic/parafermionic topological states
对于奇数自旋链，在一维对称性保护的拓扑相中，采用Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki矩阵乘积态波函数，在适当的对称体二分性下，可以得到一个体临界纠缠谱，它描述了拓扑相与具有相同对称性的平凡相分离的临界点的激发谱.这样的临界点超出了对称破缺相变的标准朗道-金兹伯格-威尔逊范式。最近，马约拉纳费米子/副费米子拓扑相的矩阵乘积态的框架已经建立。本文首先将这些关联长度为零的不动点矩阵乘积态推广到更一般的一维Majorana费米子/仿费米子相互作用系统的有限关联长度的基态波函数。然后，我们采用以前的方法解码量子临界从相互作用的马约拉纳费米子/仿费米子矩阵乘积态。用中心荷$c\leq 1$的共形场论描述了所得到的量子临界谱，表征了将费米子/副费米子拓扑相与具有相同对称性的平凡相分离的量子临界理论.
2018-08-28 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Quantized Stabilizer-Rényi Boundary Response across Fermionic SPT Transitions
Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所）
该研究针对费米子SPT相变，在α=1/2时分离出体扣除后的边界响应，其值与绕数变化相关，可计数改变费米子SPT指数的马约拉纳通道。
2026-08-25 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
A Simple and Efficient Joint Measurement Strategy for Estimating Fermionic Observables and Hamiltonians
本文提出一种基于随机化酉算符、费米子高斯酉采样、占据数测量和后处理的联合测量方案，能以与费米子经典阴影相当的测量轮数估计二次和四次 Majorana 单项式，并在矩形晶格等设置下以更低电路深度和双量子比特门数实现，为估计费米子可观测量和哈密顿量提供了新的竞争性替代方法。
2025-07-22 math-ph math.MP quant-ph
Decay rates for topological memories encoded with Majorana fermions
最近，已经有许多提议在固态异质结、超导导线和光晶格中产生Majorana零模。然而，存储在由这些模式构造的量子比特中的信息受到保护，免受各种形式的退相干。在这里，我们表明情况并非如此。我们提出了一个通用的方法来研究这些模式的外部扰动的影响。我们专注于不同的马约拉纳模式之间没有直接或通过中介费米子的相互作用的情况下。为了量化存储在马约拉纳模式中的信息的丢失率，我们研究了由它们构建的量子比特的两次量子化器。我们分析了一个通用的带隙费米环境（浴）通过隧道与量子位的不同组件（不同的马约拉纳模式）的相互作用。我们发现，静态（与时间无关）扰动是无害的，只是导致耗尽的信息存储饱和的长时间限制。另一方面，我们发现显着不同的结果动态（时间依赖）系统，没有一致性生存在很长的时间限制。特别是，我们发现，在费米子浴模式的失相和能量波动有不利影响的马约拉纳记忆。
2011-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Graphical Calculus for Fermionic Tensors
本文提出一种费米子张量的图形演算，扩展ZX演算，用于图解式处理费米子多体物理中的计算，涵盖高斯态、部分迹、纯化、费米化及费米子码等。
2025-08-06 cond-mat.str-el quant-ph
Majorana Fermions in Equilibrium and Driven Cold Atom Quantum Wires
我们介绍了一种新的方法来创建和检测马约拉纳费米子使用光学捕获的一维费米子原子。在我们提出的装置中，两个原子的内部状态通过光学拉曼跃迁耦合-同时诱导有效的自旋轨道相互作用和磁场-而背景分子BEC云产生的s波配对的原子。由此产生的冷原子量子线支持马约拉纳费米子在拓扑平凡和非平凡区域之间的相位边界，以及'Floquet马约拉纳费米子'时，系统被周期性地驱动。我们分析实验参数，检测方案，和各种缺陷。
2011-03-02 cond-mat.quant-gas quant-ph
Simulating Majorana zero modes on a noisy quantum processor
相互作用费米子系统的模拟是量子计算机最令人期待的应用之一。最有趣的模拟将需要一台容错的量子计算机，而构建这样的设备仍然是一个长期目标。然而，现有噪声量子处理器的能力已经稳步提高，引发了人们对运行模拟的兴趣，这些模拟虽然不一定是经典的棘手问题，但可以作为设备基准，并有助于阐明在近期设备上实现实际应用的挑战。非相互作用的费米子系统非常适合于这些目的。虽然它们在量子处理器上模拟时显示出丰富的物理特性并产生高度纠缠态，但它们的经典易处理性使实验结果即使在通常违背经典模拟的大系统尺寸下也能得到验证。在这项工作中，我们使用一个嘈杂的超导量子处理器，准备马约拉纳零模式的Kitaev链哈密顿，非相互作用的费米子模型的本征态。我们的工作建立在以前的实验与非相互作用的费米子系统。以前的工作表明，错误缓解技术适用于斯莱特行列式的特殊情况。在这里，我们将展示如何将这些技术扩展到一般费米子高斯态的情况下，并通过在多达7个量子比特的系统上准备马约拉纳零模式来演示它们。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Computing with Majorana Fermion Codes
利用Majorana表面码和Majorana色码建立了基于Majorana容错量子计算的统一框架。所有逻辑Clifford门都是零时间开销实现的。这是通过引入一个协议，泡利产品测量与四子和六子，只需要本地4-马约拉纳奇偶校验测量。在容错设置中使用类似的协议，其中四子和六子被马约拉纳表面码补丁取代，并且奇偶校验测量被晶格手术取代，仍然只需要本地少数马约拉纳奇偶校验测量。为此，我们讨论了扭曲缺陷的马约拉纳费米子表面码和适应技术的扭曲为基础的晶格手术费米子码。此外，我们提出了一个新的家庭的代码，我们称之为马约拉纳色码，这是通过连接马约拉纳表面码与小马约拉纳费米子码。马约拉纳表面和颜色代码可以用来减少空间开销和稳定器的重量相比，他们的玻色子。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Manipulating Majorana fermions in one-dimensional spin-orbit coupled atomic Fermi gases
马约拉纳费米子是拓扑量子计算中存储和处理信息的理想候选者。在囚禁的超冷原子费米气体中控制这样的单个信息载体的能力是量子信息科学中的一个新主题。然而，费米子原子是中性的，因此很难操纵。本文从理论上研究了一维自旋轨道耦合原子费米气体中涌现的马约拉纳费米子的控制。我们讨论了（i）如何移动马约拉纳费米子通过增加或减少有效的塞曼场，这就像一个固态控制电压门;以及（ii）如何创建一对马约拉纳费米子通过添加磁性杂质势。我们讨论了在$^{40}$ K原子的超冷费米气体中我们的控制方案的实验实现。
2013-01-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Permutationally Invariant Quantum State Tomography for Fermions
University of Electro-Communications（电波大学）；College of Humanities and Sciences, Nihon University（日本大学人文科学部）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）
研究针对具有U(1)粒子数对称性的置换不变费米子多体态，开发层析成像协议。通过总粒子数分布等确定状态，所需可观测量与系统规模线性相关，在相关模型中演示该协议，为强关联巡游量子物质表征开辟途径。
2026-07-28 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Emulating Majorana fermions and their braiding by Ising spin chains
我们分析了马约拉纳零能态的控制映射到一个链的伊辛自旋的费米子系统。虽然伊辛系统失去了拓扑保护，但映射提供了对量子态性质的额外见解。通过控制局部磁场，可以将伊辛链分成铁磁相和顺磁相，对应于费米系统的拓扑和非拓扑部分。在本文中，我们提出（拓扑不保护）协议进行编织操作，事实上也更一般的旋转。我们首先考虑一个T-结的几何形状，但我们也提出了一个纯一维系统的协议。这两种设置都依赖于额外的自旋1/2耦合器。通过在T-结几何中加入额外的自旋，我们克服了由于Jordan-Wigner变换的一维特征所带来的限制。在1D几何中，一旦链的铁磁（拓扑）部分被移到远处，控制其中一个伊辛链的耦合器就应该被操纵。我们还提出了我们的计划的实验实现。一种是基于通量量子比特链，它允许所有需要的控制场。我们还描述了如何将我们的方案的1D设置到一个链的超导导线托管每一对马约拉纳边缘状态。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Direct cavity detection of Majorana pairs
到目前为止，还没有实验可以直接测试马约拉纳费米子的粒子/反粒子二象性。然而，这个属性是实现拓扑量子计算方案的必要因素。在这里，我们将展示如何使用微波技术来完成这项任务。由于Majorana费米子的自伴特性，使得它不能与腔体进行直接的能量交换，因此很难探测到一对重叠的Majorana束缚态与微波腔体的电场之间的直接耦合。我们从理论上展示了如何通过使用光辅助隧穿到费米子库来规避这个问题。尽管存在光-马约拉纳耦合，但马约拉纳对内部没有直接的微波跃迁，这将代表马约拉纳自伴特征的确凿证据。
2017-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
