マヨラナ粒子をどのように使用して量子コンピューターを改善できますか？

この最近のプレスリリースでは、測定の改善によりマヨラナ粒子の最終的な証明がこれまでになく近づいていると主張しており、「量子化されたマヨラナコンダクタンス」と題されたNatureの最近の論文の結果を要約しています。

その独特の物理的特性のおかげで、マヨラナ粒子は他のほとんどのキュービットよりもはるかに安定しています。

なぜこれが当てはまるのでしょうか（少なくとも理論的には）。Majorana粒子を含むキュービットへのアプローチは有効であると考えられていますか、それとも懐疑論に囲まれていますか？

マヨラナはエニオン（フェルミオンやボソンとは異なる動作をする一種の準粒子）であり、トポロジカル量子計算の概念に関連しています。これは、優れた実装には、組み込まれたノイズの処理に役立つプロパティが必要であることを意味します。主な問題は、Majoranaパーティクルとして動作する物理システムを準備することが難しいことです。

マヨラナを構築する1つの方法は、超伝導ナノワイヤを使用することです。これはプレスリリースと紙が言及している種類です。これらは実際に機能しますか？我々は見るであろう。それらは他のキュービットよりも優れていますか？我々は見るであろう。

Majoranasを構築する別の方法は、表面コード（よく研究されている量子誤り訂正コードのファミリー）でコード変形を実行することです。例はこのペーパー（私は筆者です）にあります：表面コードでクリフォードゲートを実現するための穴の突っ切りと角の切断。これらはおそらくかなりうまくいくでしょう。ただし、表面コードの欠陥を使用することが最も主流の方法であるため（マヨラナかどうかにかかわらず）、主流の方法よりも多くの利点はありません。

Majoranasをだまして既存のものにする他の方法があります。しかし、私が知る限り、積極的に追求されているものはありません。

私にとって状況に光を当てる興味深いアナロジーを聞いたので、ここでそれを共有します。マヨラナフェルミオンはトポロジーに基づいています。どのようなトポロジーの「手段」を見てみましょう。

トポロジは全体像を捉えます。バルーンを持っている場合は、吹き飛ばしたり、空気を抜いたり、結び目で結び付けたりしても（バルーンアーティストの場合）、まだ穴は開いていません。穴をあけることはそれを根本的に変えるでしょう。球を自由に伸ばしたり縮めたり、ねじったりすることができますが、ドーナツにはなりません。ただし、ドーナツをとれば、それを穴のあるあらゆる種類のものにねじることができます。しかし、球のように、または2つ以上の穴のある穴のないものを作ることはできません。

全体像を見るトポロジのもう1つの例。バルーンを（再度）取り、その表面を拡大します。ズームアウトするとバルーンは湾曲しますが、ズームインすると2Dユークリッド平面のように見えます。円を拡大すると、1次元ユークリッド平面のように見えます。トポロジーでは少しのねじれや回転は関係ありません。

これをマヨラナフェルミオンに戻しましょう。電子が木を一周するかどうかを登録しているシステムを想像してみましょう。電子が本当に波状に曲がりくねった経路を持っているのか、単純な円形の経路を持っているのかは関係ありません。

これらのシステムに導入されたノイズは、電子の経路を波状にしたりしない場合がありますが、実際には重要ではありません。それはまだ動きます。ここがマヨラナフェルミオンの利点です。ノイズは影響しません。

明らかにこれは厳密ではありません。時間があるので、それを明らかにするものをさらに追加してみます。