中国科技网·科技日报合肥10月22日电（记者 吴长锋）记者从中国科大获悉，该校郭光灿院士团队与其合作者利用自主研制的光学量子模拟器，研究马约拉纳零模的非阿贝尔交换特性，实现了具有拓扑特性的非阿贝尔几何相位，并演示了拓扑量子计算的普适量子门操作。该成果10月19日在线发表在国际权威期刊《科学·进展》上。
马约拉纳零模是近年来物理学的研究热点。常见的玻色子和费米子具有阿贝尔统计特性，而马约拉纳零模的特异之处在于它具有非阿贝尔统计特性，可以用来实现拓扑量子计算。得到马约拉纳零模，在基础物理研究和实际应用中均具有重要价值。
科研人员在前期量子模拟单个Kitaev链上的两个马约拉纳零模的交换操作基础上，进一步提升自主研制的光学量子模拟器的性能，实现了对两条Kitaev链上四个马约拉纳零模交换操作的量子模拟。通过Jordan-Wigner变换，将支持四个马约拉纳零模的费米系统映射到一个六粒子的自旋一系统，并利用光子的空间模式对自旋系统进行编码。而不同马约拉纳零模之间的交换则通过一系列耗散过程实现。这些耗散过程提供了对应自旋之间的有效相互作用。两条Kitaev链上的四个马约拉纳零模可以编码一个量子比特。利用交换过程，研究组成功地模拟了编码比特上具有拓扑保护特性的Hadamard门和相位门。并且这两个量子门是非对易的，从而验证了几何相位的非阿贝尔特性。
这项成果展示了马约拉纳零模的基本性质，验证了基于马约拉纳零模的拓扑量子计算的基本原理，并进一步拓展了光学量子模拟器的模拟能力。
