Realization of a Hopf insulator in circuit systems
三维（3D）双带霍普夫绝缘体是拓扑相的一个典型例子，它超越了基于$K$理论和对称性指标的拓扑分类，自2008年提出以来，由于其概念新颖、与纽结理论的联系以及许多迷人的物理性质，引起了人们极大的兴趣。然而，由于它们的实现需要特殊形式的远程自旋轨道耦合（SOC），它们还没有在任何3D系统中实现。在这里，我们报告的第一个实验实现的长期追求的霍普夫绝缘体在3D电路系统。为了实现Hopf绝缘体，我们构造了能够实现$2\times2$ -矩阵元的基本伪自旋模和连接模，然后根据由Hopf映射构造的紧束缚Hopf绝缘体哈密顿量设计了电路网络.通过模拟所设计电路网络的能带结构和计算其Hopf不变量，我们发现该电路实现了一个具有等于$4$的Hopf不变量的Hopf绝缘体。在实验上，我们测量了印刷电路板的能带结构，发现体能带和拓扑表面态（TSS）的观测性质与理论预测符合得很好，验证了霍普夫绝缘体的体-边界对应性。我们的计划带来了现实的实验研究的霍普夫绝缘体，并打开了大门，以实现更多的未知的拓扑相超出已知的拓扑分类。
2023-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Topolectrical-circuit octupole insulator with topologically protected corner states
最近的理论研究已经扩展了Berry相位框架来解释更高的电多极矩，四极和八极拓扑相位已经被提出。虽然二维量子化的四极绝缘体已经在实验中得到证实，八极拓扑相位以前没有在实验中观察到。本文报道了在电路系统中实现八极拓扑绝缘体的经典模拟的实验。实验上构造了实现这种拓扑相位的三维拓扑电路。我们观察到八极拓扑状态保护的拓扑结构的散装，这是本地化的角落。我们的研究结果提供了确凿的证据，对无序和变形的鲁棒性的形式，这是八极拓扑绝缘体的特点。我们的研究开辟了一条新的途径，在三维空间中的高阶拓扑现象，并铺平了道路，采用拓扑电路来研究复杂的拓扑现象。
2019-11-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electric circuits for non-Hermitian Chern insulators
我们分析了非厄米特的Halfton模型，其中自旋轨道相互作用是非厄米特的。狄拉克质量变得复杂。我们建议实现它的$LC$电路与运算放大器。拓扑相变被发现发生在一个临界点，其中实部的散装光谱是关闭的。当质量的实部为零时，陈氏数的值会改变。在纳米晶体的拓扑相中，出现两个非厄米手性边缘，连接分离良好的传导带和价带。手性边缘状态的出现是由阻抗的强烈增强发出信号。值得注意的是，可以通过测量一点阻抗来观察向左或向右的手征边缘。此外，还可以通过两点阻抗的相位来区分它们。也就是说，阻抗的相位在非厄米系统中获得动力学自由度。
2019-07-31 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological electric circuits and topological corner resonance on the breathing Kagome and pyrochlore lattices
已知电路用于实现拓扑四极绝缘体。我们探索由电容器和电感器组成的电路，形成呼吸的可果微和烧绿石晶格。在紧束缚模型中，它们具有三相（平凡绝缘体、高阶拓扑绝缘体和金属相）。拓扑相的特征在于零能量角态的出现。拓扑相变诱导连续调谐电容，这是可能的，通过使用可变电容器。研究发现，当一个节点位于拓扑相位的一个角点时，两点阻抗会产生巨大的谐振峰。这是检测拓扑相变的良好信号。我们还表明，拓扑角谐振是强大的随机电容和电感。此外，电路的尺寸可以非常小，以实现拓扑相位和拓扑相变。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall
Building programable integrated circuits through disordered Chern insulators
本文研究了利用无序陈氏绝缘体（CI）构造可编程集成电路。提出了低功耗逻辑器件和连接线的设计方案。我们使用外部栅极感应的阶跃电压来构造空间可调的通道，这些通道取代了传统的导线。我们的数值计算表明，外部门可以被用来编程任意数量的线（$n$到$m$连接）。我们发现它们的电子输运是无耗散的，并且对栅电压波动和无序强度具有鲁棒性。此外，七个基本的逻辑门不同于传统的结构提出。该方案在低功耗集成电路中具有潜在的应用价值，对拓扑材料构建集成电路具有一定的启发意义。
2021-08-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Simulation and Detection of Photonic Chern Insulators in One-Dimensional Circuit Quantum Electrodynamics Lattice
介绍了一种利用一维电路量子电动力学阵列实现和探测光子拓扑Chern绝缘体的简单方法。通过周期性地调制阵列的耦合，我们表明，这个一维模型可以映射到一个二维的陈省身绝缘体模型。除了允许光子陈省身绝缘体的研究，这种方法也提供了一个自然的平台，实现实验劳克林的泵的论点。基于拓扑绝缘体的散射理论和输入-输出形式，我们证明了可以直接探测光子边缘态，并且可以从反射系数相位的缠绕数来检测拓扑不变量。
2015-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
4D spinless topological insulator in a periodic electric circuit
根据拓扑能带结构的数学分类，在大于3维的空间中存在着许多有趣的拓扑态，它们具有奇异的边界现象和有趣的拓扑响应。虽然这些拓扑状态在凝聚态系统中不可及，但最近的工作表明，合成系统，如光子晶体或电路，可以实现更高维的能带结构。在这里，我们认为，4D无自旋拓扑绝缘体，由于其对称性，特别适合在这些合成系统中实现。我们显式构造了一个二维电路晶格，其共振频谱模拟了四维无自旋拓扑绝缘体。我们进行了详细的数值计算的电路晶格和显示的共振频谱表现出对3D Weyl边界状态，一个标志的非平凡的拓扑结构。具有相同手征性的这些3D Weyl态对受到与$+1$平方的经典时间反演对称性的保护，这是所提出的电路晶格中固有的。我们还讨论了如何在实验中观察到模拟的4D拓扑能带结构。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Piecewise-terminated spherical topological insulator as a virtual breadboard for Majorana circuitry
我们考虑了球形拓扑绝缘体的表面态，该绝缘体在球形表面的不同区域被超导性或铁磁性分段终止。这种终止分别通过破坏U（1）粒子数对称性或时间反演对称性来间隙表面态。不同终止的表面区域之间的接口和trijunctions可以主机的传播和绑定马约拉纳模式，和有限大小的球形系统，使其易于通过精确对角化的Bogoliubov-de Gennes哈密顿截断希尔伯特空间内的数值分析。因此，创造性的终止模式允许一个原型的各种马约拉纳电路，计算能量谱和绘制本征函数的球面。我们开发了这种方法的计算框架，建立一个虚拟的试验板马约拉纳电路，并将其应用到电路的利益，包括马约拉纳模拟马赫-曾德尔干涉仪。
2018-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Local photocurrent generation in thin films of the topological insulator Bi2Se3
本文报道了用分子束外延技术生长的Bi_2Se_3薄膜的光电特性。这些薄膜被图案化成电路，典型的延伸范围为数十微米。在空间分辨实验中，我们观察到亚微米光电流模式与积极和消极的幅度。图案与所施加的偏置电压无关，但它们取决于电路的宽度。我们解释的图案起源于当地的光电流产生由于潜在的波动。
2012-10-17 cond-mat.mes-hall
Observation of Klein bottle quadrupole topological insulators in electric circuits
本文在电路中实验观测到克莱因瓶四极拓扑绝缘体，通过理论计算与实验验证了非对称滑移对称性对拓扑性质的影响，连接了凝聚态物理与电路系统。
2024-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Designing atomic-scale resistive circuits in topological insulators through vacancy-induced localized modes
利用拓扑绝缘体中空位诱导的局域电子激发，设计原子级电阻电路并预测其电阻特性。
2025-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Electric circuit simulations of $n$th-Chern insulators in $2n$-dimensional space and their non-Hermitian generalizations for arbitral $n$
我们证明了任意偶数维空间中Dirac系统的拓扑相可以用带运算放大器的$LC$电路来模拟。用$n$ -th Chern数刻画了$2n$维空间中超立方晶格的晶格哈密顿量.边界状态由$2n-1$维空间中的Weyl理论描述。通过测量导纳谱，可以很好地观察到它们。它们不同于先前报道的解纠缠的$n$ -th Chern绝缘体，其中$n$ -th Chern数是第一个Chern数的乘积.结果被推广到非厄米系统与复杂的狄拉克质量。非厄米$n$ -th陈数仍然是量化的复杂狄拉克质量。
2019-05-26 cond-mat.mes-hall hep-th
Minimal circuit for a flux-controlled Majorana qubit in a quantum spin-Hall insulator
我们构造了一个最小的电路，基于顶部transmon设计，在二维拓扑绝缘体的边缘旋转由四个Majorana零模形成的量子比特。与编织操作不同，一般旋转没有拓扑保护，但它们确实允许完整表征马约拉纳量子比特的相干时间。旋转由通过库珀对盒中的一对分裂的约瑟夫森结的通量的变化来控制，而不需要调节栅极电压。马约拉纳量子比特的拉比振荡可以通过包围库珀对盒的微波腔的谐振频率的振荡来监测。
2014-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Second-order topological insulator and fragile topology in topological circuitry simulation
二阶拓扑绝缘体（SOTI）是d维物质的拓扑相，在边缘的交叉处表现出（d-2）维局域模。我们表明，SOTI可以设计通过堆叠陈绝缘体与层间耦合连接相反的手征。为了刻画体角对应，我们建立了一个雅可比变换嵌套威尔逊圈方法和边缘理论，适用于更广泛的一类高阶拓扑系统。相应的拓扑不变量允许分数电荷角模的填充异常。该系统表现出一个脆弱的拓扑相，其特征在于在威尔逊圈光谱中没有Wannier间隙。此外，我们认为，所提出的方法可以推广到多层。我们的工作为探索和理解高阶拓扑现象提供了视角。
2020-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of the square-root higher-order topological insulator in electric circuits
高阶拓扑绝缘体（HOTI）代表了物质的一个新阶段，其特性超越了传统的体-边界对应，引起了广泛的关注。使用平方根运算，有人建议，一个平方根HOTI可能会出现在一个混合蜂窝-kagome晶格。在这里，我们报告的第一个实验实现的平方根HOTI拓扑LC电路。我们从理论上和实验上证明了平方根HOTI从其母体中继承了波函数的特征，角态被钉扎到非零能量。体极化充分表征了其拓扑特征。为了直接测量有限能量角模，我们在每个节点上引入额外的接地电感。我们的研究结果实验证实了新兴的平方根HOTI和铺平了道路，实现奇异的拓扑相位，是具有挑战性的观察凝聚态物理。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Experimental realization of two-dimensional weak topological insulators
报道了在具有宇称时间和手征对称性的无自旋Su-Schrieffer-Heeger电路中实现二维弱拓扑绝缘体（WTI）的实验结果.采用强和弱$\mathbb{Z}_2$拓扑指数解释了调制中心对称电路形变时，出现的一个Dirac半金属（DSM）相和四个WTI相的实验结果.在DSM阶段，发现狄拉克锥具有高度各向异性，没有固定在任何高对称点上，但可以在布里渊区内广泛移动，最终导致WTI之间的相变。此外，我们通过设计空间非均匀的节点连接，观察到了一对平带畴壁态。我们的工作提供了二维WTI的第一个实验证据，这大大推进了我们对拓扑绝缘体的强弱性质，平坦带的鲁棒性以及Dirac锥的巡游和各向异性特征的理解。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall
Patterning Superconductivity in a Topological Insulator
虽然拓扑超导体被预测为容错量子计算提供构建模块，但剩下的挑战之一是找到一个方便的实验平台，允许电路图案化。我们发现，超导性可以直接图案化到Bi $_2$ Se $_3$纳米结构与钯（Pd）的选择性掺杂。超导区域通过使用电子束光刻在纳米结构的顶部上沉积Pd，然后原位退火来限定。在低温下的电输运测量显示部分或全部超导转变，这取决于掺杂条件。结构表征技术表明，Pd仍然局限于目标区域，使得在这种拓扑材料中图案化任意形状的超导电路成为可能。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall
Origins of microwave losses in superconducting circuits made with silicon-on-insulator substrates
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、内埃勒研究所）；Univ. Grenoble Alpes, CEA, LETI（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国替代能源和原子能委员会、技术研究与创新实验室）；Univ. Grenoble Alpes, CEA, Grenoble INP, IRIG, PHELIQS（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国替代能源和原子能委员会、格勒诺布尔理工学院、研究信息与气体研究所、物理与量子电子学实验室）
该研究揭示低温下标准电阻率SOI衬底比高阻SOI衬底更优，明确高阻SOI衬底的主导损耗机制为界面寄生薄层导电，通过引入陷阱可抑制该损耗，为超导纳米机电系统开发提供了可行衬底方案。
2026-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin injection from topological insulator tunnel-coupled to metallic leads
我们从理论上研究了二维和三维拓扑绝缘体（TI）隧道耦合到金属引线的螺旋边缘状态，并表明它们的输运性质受到接触的强烈影响，因为后者起着热浴的作用，并诱导TI的螺旋状态中的电子的阻尼和弛豫。一个简单的结构，产生一个纯自旋电流的外部电路提出。传递到外部电路的电流和自旋电流取决于特征长度之间的关系：由于隧穿的阻尼长度、接触长度以及在3D TI的情况下由动量散射引起的平均自由程和自旋弛豫长度。如果由于隧穿引起的阻尼长度是最小的，则电流和自旋电流在2D TI中与电导量子成比例，并且在3D TI中与电导量子乘以接触宽度与费米波长的比率成比例。
2013-07-12 cond-mat.mes-hall
Switchable quantized conductance in topological insulators revealed by the Shockley-Ramo theorem
具有有序保护拓扑有序的晶体，如拓扑绝缘体，即使在室温下存在无序，也能保证相干自旋和电荷输运现象。尽管如此，在集成电路中应用拓扑表面态的主要障碍是清晰、可靠和直接的读出，而与体中的主要载流子密度无关。在这里，我们演示了如何图像和读出的螺旋表面模式的原型拓扑绝缘体Bi 2Se 3和BiSbTe 3的局部电导。我们应用Shockley-Ramo定理设计了一个光电探测电路，对无带隙表面态进行了探测，并意外地发现了1 e ~ 2/h的精确电导量子化。这种前所未有的响应是局部自旋极化输运的明显特征，并且它可以通过静电场效应打开和关闭。宏观的全局读出方案基于位移电流电阻率，并且不需要电极之间的相干输运。6它为进一步研究非平凡的无带隙系统（如Weyl半金属和量子自旋霍尔绝缘体）提供了一个可推广的平台。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall
Implementation of a Quantum Annealing Algorithm Using a Superconducting Circuit
利用耦合复合约瑟夫森结rf-SQUID通量量子比特网络构成的电路实现了绝热量子优化算法。它示出，作为退火参数的函数的持续电流的大小的详细知识是关键，在这种特定类型的硬件上的算法的实施。实验结果对比两个退火协议，一个与一个没有积极的补偿的量子位持续电流的增长在退火过程中，为了说明这一点。
2009-03-23 cond-mat.mes-hall
Exploring topological phase transition andWeyl physics in five dimensions with electric circuits
外尔半金属是具有无隙电子激发的物质相，它们受到拓扑和对称性的保护。它们的性质取决于系统的维数。理论上已经证明，在拓扑相变过程中，五维（5D）Weyl半金属出现类似于三维情况的新相。然而，这种现象的实验观察仍然是一个巨大的挑战，因为可调的5D系统是非常难以在真实空间中构建。在这里，我们在完全真实的空间中构建5D电路平台，并在五个维度中实验观察拓扑相变。不仅实验上观察到了Yang单极子和链接Weyl表面，而且还证明了五维空间中的各种相变，如从正常绝缘体到两个Weyl表面的Hopf链接，再到5D拓扑绝缘体的相变。所展示的五个维度的拓扑相变利用了高维Weyl物理学的概念来控制工程电路中的电信号。
2022-09-18 cond-mat.mes-hall
Non-Hermitian non-Abelian topological insulators with $PT$ symmetry
研究了一类保持$PT$对称性的非厄米非阿贝尔拓扑绝缘体，其中非厄米项表示非互易跳跃。随着它的增加，在完全平带模型中发生了从实线带隙拓扑绝缘体到虚线带隙拓扑绝缘体的自发$PT$对称破缺跃迁。通过引入能带弯曲项，我们实现了两个相变，其中金属相出现在上述两个拓扑绝缘体相之间。本文讨论了非厄米非阿贝尔拓扑绝缘体的电路实现。我们发现，自发$PT$对称性破缺以及边缘态很好地观察到的阻抗共振。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall
Towards a hybrid 3D transmon qubit with topological insulator-based Josephson junctions
该研究利用拓扑绝缘体约瑟夫森结构建混合3D transmon量子比特，通过系统表征和高质量腔体测量，探索栅极可调性与噪声鲁棒性等新功能。
2025-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topologically-enforced bifurcations in superconducting circuits
拓扑绝缘体和超导体与非线性动力学领域的关系还没有得到广泛的探索。为了解决这个问题，我们采用了苏-施里弗-希格模型，一个典型的例子，一个拓扑绝缘体的线性耦合几何，并使其非线性的超导电路的上下文中。因此，该系统表现出拓扑强制分岔的拓扑控制参数的函数，这最终引起混沌动力学，分离的阶段，表现出明确的拓扑特征。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Site-wise manipulations and Mott insulator-superfluid transition of interacting photons using superconducting circuit simulators
格点中相互作用玻色子的玻色-哈伯德模型（BHM）是多体物理学的一个典范，它表现出整数填充时的莫特绝缘体-超流转变.在这里，量子模拟器的BHM使用超导电路的建议。具体地，支持微波光子的超导传输线谐振器耦合到电荷量子位以形成BHM的一个位点，并且相邻位点通过可调谐耦合器连接。为了获得从超导电路的BHM的映射，我们专注于色散制度的激发保持光子。标准微扰理论的实现，以定位的参数范围内的MI-SF过渡可以模拟。该模拟器允许单站点操作，我们通过考虑两种情况来说明此功能，其中单站点操作可以驱动MI-SF转换。这种过渡可以通过平均场分析来分析，并且实现了精确的对角化以提供准确的结果。光子密度的变化和保真度度量清楚地显示了跃迁的特征。该模拟器的实验实现和其他可能的应用进行了讨论。
2014-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nanomechanical characterization of quantum interference in a topological insulator nanowire
石墨烯和拓扑绝缘体（TI）中二维无带隙狄拉克费米子的发现引发了对其独特电子性质应用的广泛研究。三维绝缘体中的无隙表面态表明了具有非平凡Z2不变量的物质的独特拓扑相，该不变量可以通过角分辨光电子能谱或磁阻量子振荡来验证。在TI纳米线中，无带隙表面态在电导中表现出Aharonov-Bohm（AB）振荡，这种量子干涉效应伴随着传输中横向一维模式数量的变化。因此，虽然这种纳米线的态密度（DOS）预计会显示这种AB振荡，但这种效应尚未观察到。在这里，我们采用纳米力学测量，揭示AB振荡的拓扑绝缘体的DOS。所研究的TI纳米线是嵌入在电路中的机电谐振器，并且来自DOS振荡的量子电容效应调制电路电容，从而改变弹性常数以产生机械谐振频率偏移。纳米机械谐振器的小的有效电容和高的品质因数促进了从表面态DOS的量子电容效应的检测，因此本技术可以扩展到研究纳米尺度的各种量子材料。
2019-02-08 cond-mat.mes-hall
Design and cryogenic operation of a hybrid quantum-CMOS circuit
非常小尺寸的绝缘体上硅纳米线晶体管在低温下表现出像库仑阻塞或单掺杂剂输运的量子效应。同样的工艺也可以生产出更大尺寸的优秀场效应晶体管（FET），从而可以设计集成电路。使用相同的过程，我们已经共同集成了一个基于FET的环形振荡器电路，在低温下工作，在纳米级器件的栅极上产生射频（RF）信号，显示库仑振荡。我们观察到整流的RF信号，在良好的协议与建模。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall
Topolectric circuits: Theory and construction
我们强调了一个通用的理论，工程任意厄米紧束缚晶格模型的电气LC电路，其中晶格网站被替换的电节点，连接到它的邻居和地面的电容器和电感器。特别地，通过用$n$子节点补充每个节点，其中电流和电压的相位是\emph{unity}的$n$不同的根，原则上可以通过它们之间的\emph{shift capacitor coupling}实现站点或节点之间的任意跳变幅度。这个一般原则，然后实施构建过多的电路，\emph{topolectric circuits}，其中强大的零能量拓扑边界模式通过一个大的边界阻抗，当电路调谐到谐振频率的拓扑模型。我们的电路结构的简单性是基于这样一个事实，即边界模式的存在只依赖于相应的厄米矩阵的Clifford代数进入哈密顿量，而不是对他们的特定表示。这反过来又使我们能够实现广泛的一类拓扑模型，通过相当简单的拓扑电路的节点组成的只有两个子节点。我们锚定这些结果从电路实现的一阶（$m=1$），如陈和量子自旋霍尔绝缘体，和第二（$m=2$）和第三（$m=3$）阶拓扑绝缘体在不同的维度，具有尖锐的本地化的边界上的余维$d_c=m$的谐振阻抗的数值计算。最后，我们订阅的\emph{stacked topolectric circuit}建设工程师三维外尔，螺旋环，四极狄拉克和外尔半金属，分别显示表面和铰链局部阻抗。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall
Topological Euler insulators
欧拉数是拓扑物理学中新近出现的一个新的拓扑数。与为频带定义的陈氏数不同，它是为频带间定义的。我们提出了一个简单的模型实现拓扑欧拉绝缘体的第一次。我们利用的事实，在一个三带模型在二维的欧拉数减少到庞特里亚金数。一个skyrmion结构出现在动量相，产生一个非平凡的欧拉数。当欧拉数不为零时，出现拓扑边态。我们讨论了如何在电路中实现该模型。我们发现，拓扑边缘状态以及信号的阻抗共振。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall
Edge capacitance of a 2D topological insulator
我们研究了二维拓扑绝缘体（TI）边缘状态的电容。总电容被组合为3个电容器的串联电路，呈现几何$C_G$、量子$C_Q$和相关$C_{corr}$对电子能量的贡献。如果库仑相互作用很弱，它们服从不等式$C_G<C_Q<C_{corr}$。在圆形TI点的情况下，发现了双$C_G$和$C_Q$。在有限温度下的量子电容的确定考虑到边缘态量子化和没有磁场。我们的结论是，在公认的近似值，$C_{corr}=0$。
2017-03-13 cond-mat.mes-hall
Modification and Control of Topological Insulator Surface States Using Surface Disorder
我们数值演示了一个实用的手段，系统地控制拓扑输运的三维拓扑绝缘体的表面上，通过引入强无序层的深度$d$向内延伸的拓扑绝缘体的表面。研究了态密度、电导、散射时间、散射长度、扩散常数和平均费米速度对$d$的依赖关系。所提出的控制通过无序深度$d$要求的无序强度是附近的大值，这是必要的驱动TI到非拓扑阶段。如果使用掩模、栅极、离子注入等来图案化$d$，则可以制造集成电路。这一技术将有助于实验和器件工程。
2015-05-16 cond-mat.mes-hall
Integration of topological insulator Josephson junctions in superconducting qubit circuits
将半导体约瑟夫森结（JJ）集成到超导量子线路中，为混合量子比特提供了一个通用的平台，并提供了一种强有力的方法来探测奇异的准粒子激发。最近的建议，使用电路量子电动力学（cQED）来检测拓扑超导激励集成的新拓扑材料在这样的电路。在这里，我们报告的实现超导transmon量子比特与$(Bi_{0.06}Sb_{0.94})_{2}Te_{3}$拓扑绝缘体（TI）的JJ使用超高真空制造技术。我们的衬底上的微波损耗与单片集成的硬掩模，用于选择性区域生长的TI纳米结构，意味着微秒限制弛豫时间，从而与强耦合cQED的兼容性。我们使用腔-量子比特相互作用来证明基于TI的transmons的约瑟夫森能量与它们的JJ维度成比例，并证明量子比特控制以及时间量子相干性。我们的结果铺平了道路，先进的研究拓扑材料在这两个新的约瑟夫森和拓扑量子比特。
2021-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
In-plane magnetic field-driven symmetry breaking in topological insulator-based three-terminal junctions
三维拓扑绝缘体纳米带的拓扑表面态及其独特的磁导性质在拓扑电子学和拓扑量子计算中具有重要的应用前景。基于纳米带的电路的关键构建块是三端结。虽然平面边界上的拓扑表面状态的传输不直接受面内磁场的影响，但当表面状态被限制在纳米几何形状的边界时，轨道效应不能被忽略。在这里，我们报告这种三端结的磁输运性质。我们观察到的平面内的磁场的电流的依赖性，与一个不同的转向模式的表面状态电流朝向一个优选的输出端子为不同的磁场方向。我们证明，这种转向效应源于轨道效应，捕获的相位相干表面状态在不同的腿的结的相对两侧的纳米和打破左右对称的传输跨越结。所报道的磁输运性质表明，在平面内的磁场不仅是相关的，但也非常有用的三维拓扑绝缘体nanoribbon为基础的结和电路，作为一个拓扑电流开关的表征和操纵的运输。
2021-12-22 cond-mat.mes-hall
Circuit QED simulator of two-dimensional Su-Schrieffer-Hegger model: magnetic field induced topological phase transition in high-order topological insulators
高阶拓扑绝缘体（HOTI）由于其奇异的体-边对应关系在拓扑能带理论中占有重要地位。最近，人们预测，外部磁场可以引入丰富的物理到二维（2D）HOTI。然而，到目前为止，理论描述仍然是不完整的，仍然缺乏实验实现。本文研究了连续变化的磁场对二维Su-Schriffer-Heeger晶格（HOTI模型之一）的影响，并提出了相应的电路量子电动力学（cQED）模拟器.我们的数值计算表明，零能角模（ZECM），这可以作为证据的晶格的高阶拓扑结构，表现出奇异的和丰富的依赖于所施加的磁场和不均匀的跳跃强度。此外，通过利用参数转换方法，我们可以建立时间和网站分辨的可调跳跃常数在建议的cQED模拟器，从而提供了一个理想的平台，模拟磁场诱导的拓扑相变在2D HOTI。由于所提出的模型的高阶拓扑相位可以通过晶格上ZECM的存在来表征，因此我们进一步研究了晶格在稳态极限下的角点激发。我们的数值结果表明，预测的拓扑相变可以明确地确定由稳态光子数测量的角落网站和他们的几个邻居。只需要目前的技术水平，我们的计划可以很容易地在实验中进行测试，并可能铺平了另一种方式对未来的调查HOTI的存在下，磁场，无序，强关联。
2021-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Large-signal model of the Metal-Insulator-Graphene diode targeting RF applications
本文首次提出了一种与电路设计兼容的金属-绝缘体-石墨烯（Metal-Insulator-Graphene，简称SOI）二极管的大信号紧凑模型，用于描述其动态响应。该模型基本上由一个依赖于电压的二极管的本征电容耦合一个静态的依赖于电压的电流源，后者占垂直电子输运从/向石墨烯，这已被建模的Dirac电子电子输运理论通过绝缘体势垒的装置。重要的是，图像力效应已被发现在确定势垒高度中起着关键作用，因此它已被纳入相应的模型。由此产生的模型已在Verilog A中实现，用于现有的电路仿真器和基准对实验6纳米TiO 2势垒二极管作为功率检测器工作。
2019-04-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Non-Hermitian topological electric circuits with projective symmetry
该研究从投射对称性出发研究非厄米拓扑材料，在含非互易跃迁项的二维电路中验证了非厄米趋肤效应增强拓扑边缘态能量局域化的现象，证实电路结构可靠，为拓扑电路及射频器件设计提供指导。
2025-06-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Topological circuits of inductors and capacitors
交流（ac）电路可以具有由对称性保护的电磁边缘模式，类似于拓扑带绝缘体或半金属。如何制作这样的拓扑电路？本文通过分析一系列由电感（L）和电容（C）组成的拓扑电路，说明了一种特殊的设计思想。所有的例子都使用统一的方法处理的基础上拉格朗日和动态$H$ -矩阵。首先，积木和置换布线在一维中使用简单的电路，SSH传输线和编织的梯子类似于冰盘模型也被称为$π$通量阶梯。然后，更一般的积木（环路和星）和布线方案（$m$ -移位）介绍。讨论了突现赝自旋自由度和综合规范场的关键概念，阐明了它们与量子格点哈密顿量的联系。为了简化更复杂电路的设计和表示，引入了一种图形表示法。然后，这些构建块用于构建更高维度的拓扑电路。这些例子包括二维的Halfton的陈氏绝缘体的电路模拟和具有有限第二陈氏数的四维量子霍尔绝缘体。基于$H$ -矩阵讨论了边缘模的拓扑不变量和对称性保护。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
Gain and loss induced topological insulating phase in a non Hermitian electrical circuit
在某些非厄米特系统中，当存在增益和损耗时，具有实本征频率的系统的拓扑相位的研究已经有了相当大的努力。然而，在量子或光子系统中实验实现这种非厄米拓扑绝缘体是具有挑战性的，因为难以引入受控的增益和损耗。另一方面，有源电路元件的广泛选择为我们在电路中设计非厄米拓扑绝缘体提供了前所未有的方便和灵活性。在这里，我们报告的实验实现的一维（1D）的非厄米拓扑电路，表现出拓扑保护的边缘状态纯粹引起的增益和损失。我们表明，通过调整电路中的正/负电阻的值，我们的系统可以在不同的拓扑相区域之间切换。拓扑边缘状态和接口状态观察到在电路的边缘和平凡和非平凡的电路之间的接口，这表现为一个突出的阻抗峰值在中间的间隙频率拓扑鲁棒的电路参数的变化。我们的工作打开了一个新的网关主动可控拓扑系统。
2022-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scattering-Free Optical Edge States between Heterogeneous Photonic Topological Insulators
我们提出了一套三个简单的光子平台，能够模拟量子拓扑绝缘相对应的霍尔，自旋霍尔，谷霍尔效应。结果表明，任何两个异质光子拓扑绝缘体之间的界面支持无散射表面态。这种拓扑保护表面波的自旋和谷自由度特征决定了它们通过由多个异质界面组成的复杂光子电路的独特路径。
2015-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Realizing and manipulating space-time inversion symmetric topological semimetal bands with superconducting quantum circuits
利用超导量子线路中动量空间与可控参数空间的类比，我们在实验上实现了一种新的时空反演（P-T）不变的Z2型拓扑半金属带.通过对系统能谱的测量，我们清晰地观察到了一种奇异的拓扑半金属可调谐无带隙能带结构。通过连续调节实验装置中的不同参数，可以控制从拓扑半金属到两种绝缘体的两种拓扑量子相变，其中一种通过合并一对非平凡的Z2 Dirac点来捕获PT半金属的Z2拓扑.值得注意的是，拓扑鲁棒性被明确地证明，通过添加一个扰动，只打破个人的T和P对称，但保持联合PT对称。相反，当引入另一种违反PT的扰动时，拓扑平凡的绝缘体间隙完全打开。
2017-02-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Implementation of a Toffoli Gate with Superconducting Circuits
量子Toffoli门允许通用的可逆经典计算。它也是许多量子线路和量子纠错方案中的重要基元。在这里，我们展示了一个Toffoli门的实现与三个超导transmon量子比特耦合到微波谐振器。通过利用transmon量子比特的第三能级，与仅使用两级系统的理论建议相比，可以显著减少实现Toffoli门所需的基本门的数量以及总门时间。我们通过全过程层析成像和蒙特卡罗工艺验证来表征门的性能。门保真度被发现是$68.5\pm0.5$ %。
2013-02-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Implementation of pairwise longitudinal coupling in a three-qubit superconducting circuit
我们提出了“trimon”，一个多模超导电路实现三个量子位与所有到所有的纵向耦合。这种始终开启的交互使得能够简单地实现形成通用集合的广义受控非门。此外，三个量子位中的两个被保护免受Purcell衰变，同时保持可测量性。我们展示了两个量子位之间的高保真状态交换操作，并表征了所有三个量子位与相邻transmon量子位的耦合。我们的结果为多量子比特体系结构提供了一个新的范例，并可应用于量子纠错、量子模拟和量子退火。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting proximity effect and Majorana fermions at the surface of a topological insulator
研究了s波超导体与强拓扑绝缘体表面态之间的邻近效应。所得的二维态类似于无自旋的p_x+ip_y超导体，但不破坏时间反演对称性。这种状态支持马约拉纳束缚态的旋涡。我们表明，由拓扑绝缘体介导的超导体之间的线性结形成一个非手性1维线的马约拉纳费米子，从这些结形成的电路提供了一种方法，用于创建，操纵和融合马约拉纳束缚态。
2008-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Simple implementation of high fidelity controlled-$i$SWAP gates and quantum circuit exponentiation of non-Hermitian gates
$i$交换门是纠缠交换门，其中如果量子位的状态被交换，则量子位获得$i$的相位。在这里，我们提出了一个简单的实现控制- $i$交换门。该门可以通过几个控制器来实现，并通过施加单个通量脉冲来工作。门时间是独立的控制的数量，我们发现任何数量的控制的高quantiities。我们讨论了使用超导电路的门的实现，并提出了一个现实的实施方案，其中我们已经考虑到超导芯片上的消相干噪声和制造误差，通过蒙特卡罗模拟可能的误差。然而，本文提出的总体思路并不限于这种实现。在某些量子信息方案中需要对量子门进行幂运算，因此我们还提出了一种用于对$i$交换门和其他非埃尔米特门进行概率幂运算的量子线路。
2020-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Numerical analysis of voltage-controlled magnetization switching operation in magnetic-topological-insulator-based devices
本研究通过微磁模拟分析磁性拓扑绝缘体器件中电压控制磁化翻转的写入错误率，发现其对延迟和噪声鲁棒，室温下可实现低至10^-4的WER，且增大SOT可提升热稳定性，为超低功耗自旋电子器件提供新视角。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Towards searching for Majorana fermions in topological insulator nanowires
发展一种门可调、可扩展、拓扑可保护的超电流量子比特并将其集成到量子线路中对于量子信息技术和拓扑现象领域的应用至关重要。在这里，我们建议，纳米混合超导晶体管，超导量子类似物的晶体管，由拓扑绝缘体纳米线将是一个有前途的平台，前所未有的控制超电流的大小和电流相位关系，通过施加电压的栅极电极。我们相信，我们的实验设计将有助于探测拓扑绝缘体纳米线中的Majorana态，并建立拓扑超流量子比特的固态平台。
2019-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Observation of Custodial Chiral Symmetry in Memristive Topological Insulators
在忆阻拓扑绝缘体中首次实验观测到守护对称性，通过测量拉格朗日量修正验证其保护拓扑边缘态的作用。
2025-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Realization of a non-Hermitian Haldane model in circuits
本文基于电路实验实现了具有不对称次近邻跳跃的非厄米Haldane模型，观察到非厄米陈绝缘体和非厄米半金属两种新相，并发现边界依赖的放大或耗散手性边缘态，为探索非厄米诱导的非常规拓扑相开辟了新途径。
2025-03-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Elastic higher-order topological insulators with quantization of the quadrupole moments
我们证明了在二维弹性声子晶体中可以实现四极矩量子化的HOTI。一维（1D）拓扑边缘状态和零维（0D）拓扑角状态都是可视化的，并且可以通过调整分级结构中的晶体对称性来相互转换。系统的能带结构计算结果表明，该结构中的弹性波能量具有很强的局域化能力，这对新一代集成固态声子电路具有很好的应用前景。
2019-09-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Mott insulator-superfluid phase transition in a detuned multi-connected Jaynes-Cummings lattice
超导量子器件的连通性和可调谐性为构建量子模拟器和研究新的多体物理提供了丰富的平台。本文研究了失谐多连通Jaynes-Cummings晶格中的量子相变，这种晶格可以用超导电路来构造。该模型由量子比特和腔模交替连接而成。使用数值方法，我们表明，通过改变量子比特和腔之间的失谐，从超流相到莫特绝缘体相的相变发生在一个一维阵列中的相称填充。我们分别研究了具有对称耦合和非对称耦合的晶格中的相变。
2015-05-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological properties of linear circuit lattices
受arXiv：1309.0878中提出和测试的电容器和电感器的拓扑绝缘（TI）电路的启发，我们提出了一个每个站点具有较少元件的相关电路。我们的电路的正常模式的频率矩阵是酉等效的量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）的跳跃矩阵，我们确定不反向散射电路的边缘模式的扰动。这些模型背后的想法是广义的，提供了一个平台来模拟可调和本地可访问的晶格与任意复杂的自旋相关的任何范围的跳跃。一个非阿贝尔Aharonov-Bohm效应使用这种线性电路设计的模拟进行了讨论。
2015-03-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
