[论文解读] Creation, manipulation, and detection of anyons in optical lattices

M. Aguado, Gavin K. Brennen+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2008

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 2

一句话总结

本文提出了一种可扩展且实验可行的方案，利用囚禁的超冷原子在光晶格中创建、调控并检测阿贝尔任何 anyons 和非阿贝尔任何 anyons。通过使用一个辅助粒子，该粒子执行单粒子量子门操作，被输运至晶格位点，并通过简单的量子门与系统相互作用，该方法可在当前实验技术条件下实现通用拓扑量子计算。

ABSTRACT

Anyons are particlelike excitations of strongly correlated phases of matter with fractional statistics, characterized by nontrivial changes in the wave function, generalizing Bose and Fermi statistics, when two of them are interchanged. This can be used to perform quantum computations [A. Yu. Kitaev, Ann. Phys. (N.Y.) 303, 2 (2003)]. We show how to simulate the creation and manipulation of Abelian and non- Abelian anyons in topological lattice models using trapped atoms in optical lattices. Our proposal, feasible with present technology, requires an ancilla particle which can undergo single-particle gates, be moved close to each constituent of the lattice and undergo a simple quantum gate, and be detected.

研究动机与目标

• 开发一种实用方法，利用光晶格中的超冷原子模拟拓扑量子系统中的任意统计性质。
• 以受控且可扩展的方式实现阿贝尔和非阿贝尔任何 anyons 的创建与调控。
• 设计一种与现有实验装置兼容的协议，用于量子模拟和量子计算。
• 通过可测量的基于辅助粒子的量子门协议，确保任意统计性质的检测。

提出的方法

• 利用光晶格中的超冷原子模拟包含任意激发态的拓扑晶格模型。
• 引入一个可相干输运至单个晶格位点的辅助粒子。
• 在辅助粒子上实现单粒子量子门，以介导其与任意准粒子的相互作用。
• 在辅助粒子与晶格位点之间执行受控量子门，以探测和调控任意统计性质。
• 通过测量辅助粒子的最终态来检测任意统计的编织性质。
• 确保该协议在当前囚禁原子系统实验技术下具有鲁棒性并可实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 阿贝尔和非阿贝尔任何 anyons 是否可在囚禁原子量子模拟器中被创建和调控？
• RQ2 如何利用一个可移动的辅助粒子探测任意子的分数统计性质？
• RQ3 在晶格中模拟任意子编织所需的最小量子操作集合是什么？
• RQ4 该方案是否可利用当前的光晶格和原子操控技术实现？
• RQ5 是否可通过单一基于辅助粒子的测量协议实现任意统计性质的检测？

主要发现

• 该方案仅通过在辅助粒子上执行单粒子操作，即可在光晶格中模拟任意统计性质。
• 该协议可通过受控编织和门操作，实现对任意子（包括非阿贝尔任意子）的通用操控。
• 该方法与现有超冷原子系统实验装置兼容，可在当前技术条件下实现。
• 通过测量辅助粒子在与晶格相互作用后的最终态，实现了对任意统计性质的检测。
• 该方法可推广至阿贝尔和非阿贝尔任意子，支持拓扑量子计算。