量子硬件上通过编织和融合任意子实现通用逻辑门

量子计算机要真正实用，必须能抵抗环境噪声——尤其是局部干扰。一种有前景的方案是利用物质的‘拓扑序’：信息不存于单个粒子，而编码在整个系统全局特性中（如基态或特殊激发态）。此前主流方案是‘编织’非阿贝尔任意子（类似把粒子绕着彼此打结），但理论证明仅靠编织无法实现全部必需的量子运算（即不‘通用’）。本文突破性地引入另一关键操作——‘任意子融合’（让两个任意子相遇并合并），将其作为基础计算单元。研究人员在Quantinuum公司的H2量子处理器上，成功制备了54个量子比特的S₃量子双模型基态（S₃是最小的非阿贝尔群，意味着其行为比简单对称更丰富）。他们把信息编码在非阿贝尔任意子的全局融合空间中，再结合编织与融合操作，完整实现了通用量子门集和读取功能，并通过制备一个关键的‘魔术态’验证了该能力。结果表明：这种S₃拓扑态不仅能规模化制备，而且结构足够丰富，足以支撑完整的量子计算。这项工作不仅验证了一条可行的技术路线，更展示了如何直接利用量子材料的内在物理性质来可靠地处理量子信息。