近日從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊與其合作者利用自主研製的光學量子模擬器，研究馬約拉納零模的非阿貝爾交換特性，實現了具有拓撲特性的非阿貝爾幾何相位，並演示了拓撲量子計算的普適量子門操作。該成果10月19日線上發表在國際權威期刊《科學·進展》上。

      馬約拉納零模是近年來物理學的研究熱點。常見的玻色子和費米子具有阿貝爾統計特性，而馬約拉納零模的特異之處在於它具有非阿貝爾統計特性，可以用來實現拓撲量子計算。得到馬約拉納零模，在基礎物理研究和實際應用中均具有重要價值。

      科研人員在前期量子模擬單個Kitaev鏈上的兩個馬約拉納零模的交換操作基礎上，進一步提升自主研製的光學量子模擬器的性能，實現了對兩條Kitaev鏈上四個馬約拉納零模交換操作的量子模擬。通過Jordan-Wigner變換，將支援四個馬約拉納零模的費米系統映射到一個六粒子的自旋一系統，並利用光子的空間模式對自旋系統進行編碼。而不同馬約拉納零模之間的交換則通過一系列耗散過程實現。這些耗散過程提供了對應自旋之間的有效相互作用。兩條Kitaev鏈上的四個馬約拉納零模可以編碼一個量子比特。利用交換過程，研究組成功地模擬了編碼比特上具有拓撲保護特性的Hadamard門和相位門。並且這兩個量子門是非對易的，從而驗證了幾何相位的非阿貝爾特性。

      這項成果展示了馬約拉納零模的基本性質，驗證了基於馬約拉納零模的拓撲量子計算的基本原理，並進一步拓展了光學量子模擬器的模擬能力。