拓扑量子比特把信息储存在非阿贝尔任意子（如马约拉纳零模 Majorana zero modes）的拓扑简并中：四个马约拉纳零模的复费米子宇称给出一个编码自由度，而编辫（braiding，缓慢交换任意子位置）在这一简并空间内实现幺正；只要任意子对的间距与能隙不关闭，局域噪声无法区分不同编辫拓扑，逻辑错误率被指数压制——相当于硬件层内建了一部分量子纠错（Kitaev 的 toric code 思想，表面码正是其测量版实现）。
原理
拓扑保护来自简并度是拓扑不变量：局域算符（受能隙阻隔）无法读出或翻转非局域编码的宇称。门操作=编辫；非阿贝尔统计使不同编辫一般给出不同的幺正。Ising 任意子的编辫只覆盖 Clifford 层，通用计算仍需补充非拓扑保护的魔法态注入——拓扑不是免费的全套容错。
要点
- 候选体系：InAs/Al、InSb/Al 纳米线中的马约拉纳零模、分数量子霍尔 态、拓扑超导异质结等。
- 现状：微软团队 2025 年报道了基于 InAs–Al “拓扑导体”（topoconductor）器件的单次宇称测量（Aghaee et al., Nature 638, 651 (2025)），并发布宣称集成 8 个拓扑比特的 Majorana 1 芯片；但社区对马约拉纳零模判定与编织操作的证据链仍持审慎态度——拓扑比特尚未有公认的全功能演示，是各平台中最前期的路线。此前的 2018 年 Nature 马约拉纳论文撤稿（2021）也提示该领域实验判定之难。
- 若成立，收益是逻辑错误率远低于半导体门工艺的物理错误率，可大幅减少纠错开销（直接用小码距表面码甚至裸拓扑比特）。
- 与容错理论的接口：Kitaev 的拓扑码（toric code）已”下凡”为表面码——即使拓扑硬件不成，拓扑思想已通过测量式实现反哺主流路线。
关联词条
参考文献
- C. Nayak, S. H. Simon, A. Stern, M. Freedman, S. Das Sarma. Non-Abelian Anyons and Topological Quantum Computation. Rev. Mod. Phys. 80, 1083 (2008). arXiv:0707.1889
- A. Yu. Kitaev. Fault-Tolerant Quantum Computation by Anyons. Ann. Phys. 303, 2 (2003). arXiv:quant-ph/9707021
- M. Aghaee et al. Interferometric Single-Shot Parity Measurement in InAs–Al Hybrid Devices. Nature 638, 651 (2025). doi:10.1038/s41586-024-08445-2