Majorana oscillations and parity crossings in semiconductor-nanowire-based transmon qubits
我们表明，微波（MW）光谱在超导纳米线为基础的transmon量子比特提供了一个强有力的签名的存在下，在结中的马约拉纳束缚态。这是由于外部磁场将导线调谐到拓扑状态，并且由于它们在有限长度导线中的波函数空间重叠，出现的马约拉纳模式的能量分裂在零能量附近振荡。特别是，我们讨论了如何这些马约拉纳振荡，以及伴随的费米子宇称开关的基态的交界处，导致不同的光谱特征-在一个间歇的可见性的吸收线的形式-强烈偏离标准transmon行为。相比之下，非振荡零模式，如拓扑平凡的Andreev束缚态产生足够光滑的潜力，表现出整体标准transmon响应。MW响应中的这些差异可以帮助确定连接是否包含拓扑马约拉纳。
2020-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Destructive Little-Parks Effect in a Full-Shell Nanowire-based Transmon
在低$E_J/E_C$区研究了具有完全包围InAs纳米线芯的外延Al壳的半导体transmon。作为沿混合线轴的通量的函数的小帕克斯振荡是破坏性的，在半量子的施加通量下产生由金属态分离的可重入超导性的瓣。在第一波瓣中，相缠绕在壳层上可以在芯层中诱导拓扑超导。在第零波瓣和第一波瓣中都观察到相干量子比特操作。通过跨结的相干单电子耦合的宇称带的分裂在谱线展宽之外没有被解决，这对马约拉纳耦合施加了限制，$E_M/h$ < 10 MHz，比约瑟夫森耦合$E_J/h$ ~ 4.7 GHz小得多。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Singlet-doublet transitions of a quantum dot Josephson junction detected in a transmon circuit
本研究实现了一种混合超导体-半导体transmon器件，通过栅极定义量子点控制Josephson效应，利用微波光谱探测量子点基态宇称，并解析了相边界处的准粒子动力学，为半导体基$0-π$量子比特和Andreev量子比特的实现提供了基础。
2022-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Andreev spectroscopy and surface density of states for a three-dimensional time-reversal invariant topological superconductor
拓扑超导体是一种完全带隙的超导体，它在与正常金属的界面处表现出奇异的零能Andreev表面态。在本文中，我们研究了三维时间反演不变的拓扑超导体的性质，通过一个两个带模型与非常规配对的带间和带内通道。由于体边界对应的Andreev表面状态在这个系统中的存在直接关系到体波函数的拓扑结构，其特征在于由缠绕数。使用准经典散射理论，我们构建的Andreev束缚态的光谱出现在表面附近，并计算各种表面取向的表面态密度。此外，我们考虑了频带分裂的影响，即，的反转型对称性的破坏，并表明，在没有带分裂有一个直接的过渡之间的完全带隙的拓扑平凡的阶段和非平凡的阶段，而在带分裂的存在下，存在一个有限的区域之间的完全带隙的拓扑平凡的阶段和非平凡的阶段的无隙节超导阶段。
2010-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Andreev spin qubit protected by Franck-Condon blockade
Yale University（耶鲁大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）
研究通过利用安德里耶夫自旋与超电流的耦合，提升自旋弛豫寿命，利用弗兰克-康登原理阻塞自旋弛豫，从而保护自旋量子比特。
2026-03-25 cond-mat.mes-hall
Andreev bound states in a superconducting qubit at odd parity
Univ. Grenoble Alpes, CEA, Grenoble INP, IRIG, PHELIQS（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）
研究超导量子比特中奇 parity 的 Andreev 绑定态，发现其低能态结构与偶 parity 不同，适用于从库仑主导到约瑟夫森主导的区域。
2026-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous low-temperature enhancement of supercurrent in topological-insulator nanoribbon Josephson junctions: evidence for low-energy Andreev bound states
我们报道了由拓扑绝缘体BiSbTeSe $_2$纳米带与超导Nb电极制成的门极可调约瑟夫森结在低温下临界电流的异常增强。与常规结相反，作为降低的温度$T$的函数，增加的临界电流$I_c$在温度$T_*$处表现出急剧的上升，该温度大约是几个不同样品和各种栅极电压的结临界温度的20 $\%$。$I_c$与$T$的关系证明了$T>T_*$的短结行为，但$T<T_*$的长结行为具有指数$T$依赖性$I_c \propto \exp\big(-k_B T/δ\big)$，其中$k_B$是玻尔兹曼常数.提取的特征能量尺度$δ$被发现是一个数量级小于感应超导间隙的结。我们将这种小$δ$的长结行为归因于低能量Andreev束缚态（ABS），该束缚态由拓扑绝缘体纳米颗粒（TINR）周围的电子波函数缠绕而产生。我们的TINR为基础的约瑟夫森结与低能量ABS是有前途的未来拓扑保护的设备，可能主机外来现象，如马约拉纳费米子。
2019-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Decoherence of superconducting qubits caused by quasiparticle tunneling
在超导量子比特中，量子比特自由度与准粒子的相互作用定义了量子比特相干性的基本限制。本文发展了准粒子隧穿约瑟夫森结引起的纯退相率Γ_∞和结中Andreev态占据变化引起的非均匀展宽的理论。为了估计Γ_π，我们推导了量子比特动力学的主方程。自由准粒子在接近超导能隙的能量处具有大的态密度，从而提高了它们的隧穿率。然而，我们发现，与当前大多数量子比特设计（相位和通量量子比特，transmon，fluxonium）中由外在因素决定的速率相比，Γ_p很小。其中单个结被SQUID环取代的分裂transmon代表了可以使测量Γ_π成为可能的例外。量子比特频率的波动导致非均匀加宽，这可能是由与相位偏置约瑟夫森结相关的Andreev态的占据数的波动引起的。这种机制可以在具有小面积结的量子位中揭示，因为它引起的频率的最小相对变化是结中传输通道的倒数。
2012-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Topologically protected perfect crossed Andreev reflection in flux-engineered quantum wire junctions
School of Physics, University of Hyderabad（海德拉巴大学物理学院）
本文提出通量可调四端正常金属-超导体结，通过调控磁通量与中心结跳跃实现100%效率的拓扑保护完美交叉安德烈耶夫反射，为固态量子信息处理提供非局域纠缠产生的高鲁棒性架构。
2026-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum phase slips in a resonant Josephson junction
本文研究共振约瑟夫森结中库珀对隧穿对量子相位滑移的影响，发现朗道-齐纳效应抑制$2π$滑移，使$4π$滑移主导，并在transmon电路中观察到残余电荷色散。
2023-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Measurement of parity-dependent energy-phase relation of the low-energy states in a potential artificial Kitaev chain utilizing a transmon qubit
本研究利用集成Ge/Si纳米线四量子点-超导体链端的transmon量子位，实现人工Kitaev链宇称检测，发现两类0-π跃迁，且量子点间耦合可通过局域静电门控调节，助力拓扑量子计算实现。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Order, disorder and tunable gaps in the spectrum of Andreev bound states in a multi-terminal superconducting device
我们考虑Andreev束缚态（ABS）的频谱在一个示例性的4端超导结构，其中4个混沌腔连接的QPC终端和彼此形成一个环。这种可调谐装置可以在2DEG超导体结构中实现。我们集中在一个短的结构和大电导的QPC的准连续谱形成的限制。能量可以通过超导相来调节。我们观察到光谱中间隙的打开和关闭。这涉及到通常的邻近间隙，它将能级与零能量分开，以及不太常见的“微笑”间隙，它将光谱的能级分开。我们证明了一个显着的交叉在整个频谱时发生的内部和外部QPC的电导率的比例变化。在较大的比值下，能级表现出无序系统的谱所期望的一般行为，表现出能级排斥和在改变相位时的“布朗运动“。在较小的比率值下，水平被挤压成由宽的微笑间隙隔开的窄束。每一束都是由几乎简并的ABS组成。我们详细研究了在一个小的比率的限制下的频谱的性质，特别注意束的交叉。我们区分两种类型的交叉点：i。具有水平的规则相位依赖性，以及ii.在这些交叉点处，能级的布朗运动导致明显不规则的相位依赖性。我们用微扰理论来解释观测结果。谱的不寻常性质源于不明显的拓扑效应。第一类拓扑与半经典格林函数的缠绕有关。它负责邻近间隙。第二类拓扑是关于模式数量的离散性，并负责微笑间隙。
2016-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Flux-periodic supercurrent oscillations in an Aharonov-Bohm-type nanowire Josephson junction
研究GaAs/InAs核壳纳米线约瑟夫森结，通过h/e与h/2e磁通振荡揭示管状导电通道和Andreev输运，证明InAs壳层被半壳超导接触完全邻近化。
2024-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Josephson junctions of Weyl and multi-Weyl semimetals
我们研究了一个约瑟夫森结，其中包括一个外尔和一个多外尔半金属，外尔半金属被一个宽度为$d$的势垒区隔开，该势垒区是通过在外尔半金属上施加栅极电压$U_0$而形成的。这种连接的拓扑缠绕数在屏障上会发生变化。我们表明，$I_c R_N$这样的结，其中$I_c$是临界电流和$R_N$的正常状态电阻，在薄的势垒限制，具有独立的势垒电位的通用值。我们提供了一个解析表达式的Andreev束缚态，并用它来证明，通用值的$I_c R_N$是一个后果的拓扑绕组数的变化在整个结。我们还研究了这种结在外部微波辐射存在下的交流约瑟夫森效应，绘制出它的电流-电压特性，并表明，在整个结的绕组数的变化形状的夏皮罗台阶的属性。我们讨论了增加势垒厚度$d$对上述性质的影响，并绘制了实验，可以测试我们的理论。
2019-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gate-dependent offset charge shifts and anharmonicity in gatemon qubits in the weak tunneling regime
Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院林肯实验室）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）
本文研究了弱隧道区门控量子比特中门控偏移电荷变化及非谐振性，通过分析双Andreev分支相互作用，揭示了电荷偏移对量子比特能谱和非谐振性的影响，并提出实验检测方法。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
One-dimensional spin-orbit coupled Dirac system with extended $s$-wave superconductivity: Majorana modes and Josephson effects
受拓扑绝缘体边界电子自旋动量锁定的启发，我们研究了一维自旋轨道耦合无质量Dirac电子与$s$波超导配对系统.由于自旋-轨道耦合，我们的模型只有两种线性色散模式，我们把它们看作是向右运动的自旋向上和向左运动的自旋向下。晶格和连续模型进行了研究。在格点模型中，我们发现，一个单一的马约拉纳零能量模式出现在有限系统的每一端，只要$s$波配对具有扩展的形式，与最近邻配对大于现场配对。我们确认这两个数值和分析计算的绕组数。接下来，我们研究了一个具有薛定谔和狄拉克类项的模型的格点版本，发现该模型在拓扑平凡和非平凡相之间存在拓扑转变，这取决于薛定谔和狄拉克项的相对强度。然后，我们研究了一个连续系统组成的两个$s$波超导体与不同相位的配对。值得注意的是，我们发现该系统有一个{\it单一} Andreev束缚态，这是本地化的交界处。当配对相位差跨越$2 π$的倍数时，Andreev束缚态接触超导能隙的顶部并消失，并且从能隙的底部出现不同的状态。我们还研究了在这样的结的交流约瑟夫森效应的电压偏置，既有一个常数$V_0$和一个长期的振荡频率$ω$。我们发现，与标准的约瑟夫森结，夏皮罗高原出现时，约瑟夫森频率$ω_J= 2eV_0/\hbar$是一个合理的分数$ω$。我们讨论的实验，可以实现这样的路口。
2021-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Silicide-based Josephson field effect transistors for superconducting qubits
量子计算机制造和运行的可扩展性是超越NISQ时代的关键。到目前为止，基于铝约瑟夫森隧道结的超导transmon量子比特已经展示了最先进的成果，尽管这项技术很难在大规模设施中实现。最近出现了另一种“门控”量子比特，它使用混合超导/半导体（S/Sm）器件作为门调谐约瑟夫森结。然而，目前这些技术的实现使用纳米线，其大规模制造也尚未成熟。可扩展的门控设计可以用CMOS约瑟夫森场效应晶体管作为可调谐的弱连接，其中理想的器件具有通过高透明度界面接触短沟道的大超导能隙的引线。在微电子工业中，硅化物可以实现高透明度或低接触电阻，其中一些硅化物被证明是超导的。本论文的第一部分是对两种材料的材料研究：$\text{V}_3\text{Si}$和PtSi，这两种材料分别具有高的$T_\text{c}$和成熟的集成度。第二部分包括50 nm栅长PtSi晶体管的实验结果，其中S/Sm界面的透明度由栅电压调制。在低电压下，输运在低能量下没有电导，并且在超导能隙处具有明确的特征。S/Sm界面处的势垒高度随着栅电压的增加而降低，直到零偏置峰出现在零漏电压附近，这表明出现了Andreev电流。硅基晶体管中Andreev电流的成功栅极调制代表着向完全CMOS集成的超导量子计算机迈出了一步。
2022-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Superconducting islands with semiconductor-nanowire-based topological Josephson junctions
我们从理论上研究了基于超导体-纳米线约瑟夫森结的超导岛，并考虑了在结的光谱中存在亚能隙准粒子激发。我们的方法扩展了超导电荷量子比特的标准模型哈密顿量，并用纳米线结的Bogoliubov-de Gennes哈密顿量代替Josephson势，投影到相关的低能子能隙子空间上。这使得充分纳入子间隙水平的连贯动力学在交界处。形成结的纳米线中的自旋-轨道耦合和塞曼能量的组合效应触发拓扑转变，其中子带隙能级从有限能量Andreev束缚态演变成近零能量Majorana束缚态。控制纳米线结的微观能量尺度（约瑟夫森能量、马约拉纳耦合和马约拉纳能量分裂）与超导岛的充电能量之间的相互作用产生了各种各样的物理机制。基于这种不同的能量尺度的相互作用，我们充分表征的微波响应的交界处，从库珀对盒的transmon制度，并显示如何存在的Majoranas可以通过不同的光谱特征检测。在分裂结的几何形状，等离子体模式耦合到相位分散subgap水平导致从马约拉纳杂交通过Jaynes-Cummings类相互作用。作为这种相互作用的结果，在结中的高阶等离子体激发继承马约拉纳属性，包括$4π$效应。
2020-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Hybridization of topologically distinct quartet modes in three-terminal graphene Josephson junctions
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Université Grenoble-Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Grenoble INP（格勒诺布尔理工学院）；Institut NEEL（NEEL研究所）
本研究通过三维石墨烯约瑟夫森结观测到四元共振，揭示了超导相变中的拓扑缠绕现象，并展示了多终端超导设备在拓扑带结构设计中的潜力。
2026-01-25 cond-mat.mes-hall
Highly transparent contacts to the 1D hole gas in ultra-scaled Ge/Si core/shell nanowires
半导体-超导体混合系统在新兴的高性能纳米电子学和量子器件方面具有突出的潜力。然而，其成功应用的关键是制造高质量和可再生的超导体-超导体界面。在这里，我们实现和测量轴向Al-Ge-Al纳米线异质结构与原子级精确的界面，包围的外延硅层进一步表示为Al-Ge/Si-Al纳米线异质结构。的异质结构合成的热诱导交换反应的单晶Ge/Si核/壳纳米线和光刻定义的Al接触垫。应用该异质结构形成方案使得自对准准一维晶体Al引线能够以大于96%的接触重复率接触超尺度Ge/Si段。集成到背栅场效应器件和连续缩放超出光刻限制，使我们能够充分利用的高度透明的接触，在锗硅界面的一维空穴气体的潜力。这导致观察到的弹道输运以及量子限制效应高达150 K的温度。低温测量揭示了Ge/Si核/壳纳米线中的邻近诱导超导电性。约瑟夫森场效应晶体管的实现使我们能够研究由多次Andreev反射引起的子带结构。最重要的是，量子点制度的情况下，表明一个硬超导能隙源于高度透明的接触到一维空穴气，这是潜在的兴趣的研究马约拉纳零模式。此外，强调了所提出的热诱导Al-Ge/Si-Al异质结构形成技术的重要性，我们的系统可以有助于量子计算的关键部件，如门控或transmon量子比特的发展
2020-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
