Geometrically protected triple-point crossings in an optical lattice
我们展示了如何在三维光晶格中实现三个能带（Weyl费米子的整数自旋类似物）的拓扑保护交叉。我们的建议只涉及超冷原子技术，已经被实验证明，并导致孤立的三相点交叉（TPC）所需的晶格对称性的一种新的组合存在。对称性也允许一种新类型的拓扑对象，类型II，或倾斜，TPC。我们的快速通信表明，自旋1外尔点，这还没有被观察到的能带结构的晶体，是在超冷原子实验的范围内。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Understanding degenerate ground states of a protected quantum circuit in the presence of disorder
最近的理论提议表明，利用两个超级电感器的简单电路可以产生具有基态简并性的量子位[P.Brooks等人，A87，052306（2013）]。我们执行一个完整的电路分析以及精确对角化的电路哈密顿阐明的频谱和低的波函数的性质，这$0-π$设备。我们表明，基态简并是强大的电荷，磁通和临界电流的无序以及电路参数的适度变化不敏感。我们的治疗是非微扰，提供了访问激发态和矩阵元素，并立即适用于中间参数制度的实验兴趣。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal driving protocol for symmetry-protected Floquet topological phases
提出了一种在$2+1$维Floquet系统中实现安全保护拓扑相的通用驱动协议。我们的建议是基于理论分析的可能的对称性的正方形格子模型与成对最近邻耦合项。在八个可能的对称运营商，我们确定了两个相关的选择与时间反演，手征，或粒子-空穴对称的拓扑相位。从协议参数上对应的对称性条件，我们得到了通用的驱动协议，其中每个对称性可以单独实现或打破。我们提供了具体的参数值为不同的情况下，并证明存在的安全保护的共传播和反传播拓扑边界状态。驱动协议，特别是允许我们之间切换玻色子和费米子时间反演对称性，从而之间的平凡和非平凡的拓扑相位，通过连续变化的参数。
2019-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.optics
Transport through a quantum spin Hall quantum dot
最近在HgTe/（Hg，Cd）Te量子阱中实现的量子自旋霍尔绝缘体支持具有自旋动量锁定的拓扑保护、线性分散边缘态。局部磁交换场可以为边缘态打开能隙。提出了一种由两个这样的磁隧穿势垒组成的量子点结构，并分析了通过该器件的电荷输运。在格林函数和主方程相结合的方法研究了有限的偏置电压超出线性响应，栅极电压，和在量子点的充电能量的影响。在其他结果中，部分复发的非相互作用的行为被发现为强相互作用，并提出了由局部施加的栅极电压控制的边缘磁化的可能性。
2011-11-09 cond-mat.mes-hall
Electronically-controlled one- and two-qubit gates for transmon quasicharge qubits
University of Queensland（昆士兰大学）；University of Sydney（悉尼大学）；Concordia University（康考迪亚大学）
本研究提出利用拓扑超导体形成的隧道结实现单量子比特和双量子比特门，通过动态4π周期约瑟夫森效应，展示了一种基于最小Kitaev链量子点结的准电荷量子比特门实现策略。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Transport properties of Majorana bound states networks in the Coulomb blockade regime
基于马约拉纳束缚态（MBS）纳米结构的拓扑保护量子比特在容错量子计算中具有很大的应用前景。我们研究了纳米线网络托管MBSs的输运性质，重点是充电能量和相邻MBSs之间的重叠短介观样品的影响。特别是，我们调查托管四个MBS的结构，如T-路口和马约拉纳盒。利用马尔可夫近似下的主方程，我们讨论了由微气泡介导的主导输运过程。单电子隧穿和涉及库珀对的创建和湮灭的过程中占主导地位的顺序隧穿极限。在cotunneling制度中的MBS网络中的电荷是固定的，并且通过虚拟中间状态的转换来管理传输。我们的研究结果表明，四端测量的T-结和马约拉纳盒的几何形状可以是有用的工具，用于表征的性质与有限的重叠和充电能量的MBS。
2019-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Crystalline Symmetry-Protected Majorana Mode in Number-Conserving Dirac Semimetal Nanowires
拓扑量子计算的基石之一是Majorana零模，它在分数量子霍尔系统和拓扑超导体中得到了广泛的研究。最近的几项工作表明，即使没有长程超导性，这种奇异模式也可以存在于一维（1D）相互作用双线装置中。在这些建议中，一个值得注意的不稳定性来自通道间的单粒子隧穿，破坏了拓扑基态简并。在这里，我们表明，一维狄拉克半金属（DSM）纳米线是一个理想的数量守恒的平台，实现这样的马约拉纳物理。通过插入磁通量，DSM纳米线被驱动到1D晶体对称性保护的半金属相。相互作用使边界马约拉纳零模式的出现，这是强大的晶体对称性保护的结果。我们还探讨了几个实验结果的马约拉纳信号。
2018-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Measurement and control of a Coulomb-blockaded parafermion box
准费米零模是分数拓扑保护的准粒子，预计会出现在各种平台上。我们表明，库仑充电效应定义了一个parafermion盒通过分数边缘状态和/或量子antidots的独特的访问选项。基本协议的检测，操纵和控制的parafermionic量子态制定。利用这些工具，人们可以直接观察零模希尔伯特空间的维数，证明该空间的退化性，并执行满足仿费米子代数的按需数字运算。
2018-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Majorana-assisted nonlocal electron transport through a floating topological superconductor
一维拓扑超导体中由一对Majorana束缚态所跨越的费米子模的非定域性质激发了许多旨在证明输运中这一性质的提议。特别地，从附接到左束缚态的引线到附接到右束缚态的引线通过模式的传输将导致电流互相关。然而，对于接地超导体上的理想零模，互相关完全被抑制，有利于纯粹的局部Andreev反射。为了获得一个非零的互相关，以前的研究需要存在一个额外的全球充电能量。在测试马约拉纳模的固有非定域性时，以全局充电能的形式将非定域项添加到哈密顿量中似乎在概念上是麻烦的。在这里，我们表明，一个浮动的超导体允许观察非局部电流的相关性在没有充电能量。我们发现，非相互作用和库仑阻塞制度有相同的峰值电导$e^2/h$，但不同的散粒噪声功率;而散粒噪声是次泊松在库仑阻塞制度在大的偏压限制，泊松散粒噪声一般得到在非相互作用的情况下。
2015-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Perspective: 3D quantum Hall effect
二维系统中量子霍尔效应的发现为物质的拓扑相打开了大门。3D中的量子霍尔效应是一种长期寻求的物质相，并激发了许多努力和主张。在透视图中，我们回顾我们的建议，保证三维量子霍尔效应。该方案采用拓扑保护费米弧和“虫洞”隧道通过Weyl节点在一个三维拓扑半金属。三维量子霍尔效应中的一维边缘态是（d-2）维边界态的一个例子。在拓扑Dirac半金属中已经观察到了可能的三维量子霍尔效应，但还存在许多问题，这将吸引更多的工作来验证其机制，实现三维量子霍尔效应。
2018-12-18 cond-mat.mes-hall
Topologically protected excitons in porphyrin thin films
有机材料中激子输运的控制对于开发高效的光捕获系统具有根本的重要性。这种输运很容易被无序能量景观中的陷阱所破坏。在这里，我们提出并分析了一个系统，支持拓扑Frenkel激子边缘状态。这些手性Frenkel激子的反向散射被对称性所禁止，确保了这样的系统的输运性质对无序是鲁棒的。为了实现我们的想法，我们提出了一个二维的周期性阵列的倾斜卟啉与均匀磁场相互作用。该场用于打破时间反演对称性，并导致模拟电子获得的Aharonov-Bohm相位的晶格通量。我们的建议是实现分子聚集体中物质的拓扑相的第一个蓝图，并提出了一个工程新型激子材料的范例。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Discrete control of capacitance in quantum circuits
本文提出利用库珀对晶体管中的陈绝缘体物理实现充电能与电容的离散控制，从而以指数级降低的噪声敏感性构建受保护的可调量子比特。
2023-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Demonstration of a quantized microwave quadrupole insulator with topologically protected corner states
晶体中电极化的强度的现代理论将绝缘体的偶极矩与其电子基态的Berry相联系起来[1，2]。这个概念构成了一个突破，不仅解决了如何计算晶体中的偶极矩的长期难题，而且也是绝缘体和超导体中拓扑能带结构理论的核心，包括量子反常霍尔绝缘体[3，4]和量子自旋霍尔绝缘体[5-7]，以及量子化绝热泵浦过程[8-10]。最近的一项理论提议扩展了Berry相框架，以解释更高的电多极矩[11]，揭示了以前未观察到的拓扑相的存在。在这里，我们展示了这个预测类的第一个成员-一个量子化的四极拓扑绝缘体-实验产生的GHz频率可重构微波电路。我们确认的非平凡的拓扑相位，通过光谱测量，以及与角状态，表现为结果的散装拓扑结构的识别。我们还测试了一个关键的预测，这些角落的状态受到保护的拓扑结构的散装，而不是由于表面文物，通过变形之间的拓扑和平凡的制度的边缘。我们的研究结果提供了一个独特的形式的鲁棒性，这是以前从未观察到的确凿证据。
2017-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realizing DIII Class Topological Superconductors using $d_{x^2-y^2}$-wave Superconductors
本文证明了具有Rashba自旋轨道耦合的准一维$d_{x^2-y^2}$波超导体是拓扑超导体。这种时间反演不变的DIII类TS支持两个拓扑保护的零能量马约拉纳费米子在系统的每一端。与使用s波超导体的提议相反，在s波超导体中，需要强磁场和化学势的微调来产生马约拉纳费米子，在我们的提议中，拓扑非平凡的制度可以在没有磁场和广泛的化学势的情况下达到。实验签名和实现拟议的超导状态进行了讨论。
2012-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Three-dimensional topological photonic crystal with a single surface Dirac cone
表面上的单个狄拉克锥是三维（3D）拓扑绝缘体的标志，其中狄拉克点处的双简并性由时间反演对称性保护，并且远离该点的自旋分裂由自旋轨道耦合提供。在这里，我们预测一个单一的狄拉克锥表面态的3D光子晶体，在狄拉克点的简并保护由非对称的滑移反射和线性分裂远离它是通过打破时间反演对称性。这样的无间隙表面状态对于任何类型的随机无序都是完全鲁棒的。这种玻色子拓扑能带结构是通过施加交替磁化来间隔在我们的晶体大部分中发现的3D“广义狄拉克点”来实现的。$Z_2$体不变量的特点是通过Wannier中心的演变。我们的提议--在微波频率下使用亚铁磁材料很容易实现--也可以被看作是拓扑晶体绝缘体的光子模拟，提供了第一个3D玻色子保护拓扑系统。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Controlled coupling of spin-resolved quantum Hall edge states
拓扑保护的边缘状态是无耗散的导电表面状态，不受杂质散射和几何缺陷的影响，这些缺陷发生在具有体绝缘间隙的电子系统中。一个例子可以在量子霍尔机制中的高磁场下的二维电子气（2DEG）中找到。基于这些保护态之间耦合的相干控制，提出了几种实现信息处理体系结构的理论建议。在这里，我们介绍和实验证明了一种新的方法，使我们能够可控地耦合共同传播的自旋分辨边缘态的QH绝缘体。该方案利用由放置在2DEG边界处的钴纳米磁体阵列产生的空间周期性平面内磁场。在250 mK下实现了约28%的最大电荷/自旋转移。这一结果可能开辟了一条道路，实现可扩展的量子信息架构利用自旋自由度的拓扑保护状态。
2011-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Charge Separation in the Quantum Spin Hall State
量子自旋霍尔态是一个受时间反演对称性保护的拓扑非平凡绝缘体态。我们表明，这样的状态总是导致自旋-电荷分离的存在下的$π$通量。我们的结果对任何相互作用系统都是普遍有效的。我们提出了一个在最近发现的量子自旋霍尔系统中实验观察自旋-电荷分离现象的建议。
2008-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Majorana corner states in a two-dimensional magnetic topological insulator on a high-temperature superconductor
传统的$n$维拓扑超导体（TSC）具有受保护的无带隙$(n - 1)$维边界态.与此相反，二阶TSC的特征在于拓扑保护的无间隙$(n - 2)$维状态与通常的间隙$(n - 1)$ -边界。在这里，我们研究了一个二维（2D）的磁性拓扑绝缘体（TI）的邻近耦合到一个高温超导体，其中马约拉纳束缚态（MBS）是本地化的角落一个正方形的带隙的边缘模式的样品的二阶TSC。由于这里考虑的混合系统的镜像对称性，有两个MBS在每个角落的两种情况下：d波和$s_{\pm}$波超导配对。我们提出了相应的拓扑相图的磁交换相互作用和配对振幅的作用。详细的分析，基于边缘理论，揭示了起源的存在MBSs的角落的2D样品，这是由于狄拉克质量的符号变化出现在任何两个相邻的边缘的交叉点，由于配对对称性。可能的实验实现进行了讨论。我们的建议提供了一个有前途的平台，实现MBS和执行可能的非阿贝尔编织在2D系统。
2018-12-14 cond-mat.mes-hall
Dephasing of Majorana-based qubits
我们分析了充电能量保护的马约拉纳基量子位，重点是残留的退相时，存在马约拉纳零模式（MZMs）之间的距离是不够的完全拓扑保护。我们认为，退相的主要来源是$1/f$电荷噪声。这种噪声会影响量子位，这是由于与弱重叠MZM相关的杂化能量和电荷分布，我们使用电荷守恒形式主义计算。对于基于马约拉纳的量子比特，我们估计相干时间为数百纳秒，其MZM间隔为$L\sim 5ξ$（其中$ξ$为相干长度）。相干时间随着MZM分离呈指数增长，并且最终对于$L/ξ\sim 30$变为温度限制。
2018-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Engineering Hybrid Epitaxial InAsSb/Al Nanowire Materials for Stronger Topological Protection
强自旋-轨道耦合、大$g$因子以及与超导体的耦合的组合可用于在半导体纳米线中产生拓扑保护状态。在这里，我们报告的混合外延InAsSb/Al纳米线的生长和表征，具有不同的组合物和晶体结构。我们发现最强的自旋-轨道相互作用在中间组成的锌铟砷$_{1-x}$锑$_{x}$纳米线，超过这两种铟砷和InSb材料，证实了最近的理论研究\cite{winkler2016topological}。我们发现，外延InAsSb/Al界面允许硬诱导超导能隙和2 $e$运输库仑充电实验，类似于实验上的InAs/Al和InSb/Al材料，并发现测量拓扑相变在低磁场下由于大的有效$g$ -因素一致。最后，我们提出了一种方法来生长纯纤锌矿InAsSb纳米线，预计表现出更强的自旋轨道耦合比锌结构。
2017-12-29 cond-mat.mes-hall
Dynamically protected cat-qubits: a new paradigm for universal quantum computation
提出了一种新的基于量子谐振子的高效硬件通用量子计算模式，该模式基于对量子信息的编码、保护和操作。该方案利用多光子驱动的耗散过程将量子信息编码到由薛定谔猫态组成的逻辑基中。更确切地说，我们考虑两种方案。在第一个方案中，双光子驱动的耗散过程被用来稳定的逻辑量子比特基础的两个组件薛定谔猫态。虽然这样的方案确保保护逻辑量子比特免受光子移相误差的影响，但是单光子丢失的显著误差通道引起不能被校正的比特翻转类型的误差。因此，我们考虑基于四光子驱动耗散过程的第二种方案，该方案导致选择四分量薛定谔猫态作为逻辑量子比特。这样的逻辑量子比特可以通过连续的光子数奇偶校验测量来防止单光子丢失。接下来，应用一些特定的哈密顿算子，我们在两种方案的编码量子比特上提供了一组通用的量子门。特别是，我们说明了这些操作如何可以呈现容错相对于参与量子系统的各种退相干通道。最后，我们还提出了基于量子超导电路的实验方案，并受到约瑟夫森参量放大方法的启发，这应该允许实现这些驱动耗散过程以及确保通用操作的哈密顿量。
2013-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Poor man's topological quantum gate based on the Su-Schrieffer-Heeger model
量子系统的拓扑性质可以保护信息不受环境噪声的影响，从而大大提高它们在量子信息处理中的潜力。拓扑保护量子门的大多数建议是基于多体系统，例如，分数量子霍尔态、奇异超导体或相互作用自旋的集合，具有固有的概念复杂性。在这里，我们提出并研究了拓扑保护的量子门，基于一维单粒子紧束缚模型，称为Su-Schrieffer-Heeger链。所提出的$Y$门作用于由三条链组装而成的Y结的二维零能量子空间中，并且基于支持零能量模式的缺陷的空间交换。通过数值模拟，我们证明了该门对跳跃无序是鲁棒的，但被破坏的现场能量的无序。然后，我们表明，这种鲁棒性是拓扑保护，它产生的联合后果的手征对称性，时间反演对称性和空间分离的零能量模式绑定到缺陷。这种设置很可能不会导致实际的量子计算机，尽管如此，它确实提供了有价值的见解，拓扑量子计算的方面作为一个基本的极小模型。由于该模型是非相互作用和非超导的，因此可以通过实验研究其动力学，例如，使用耦合的光波导。
2019-07-10 cond-mat.mes-hall
We theoretically demonstrate that non-Abelian braiding operation can be realized through the scattering between chiral Dirac edge modes (CDEMs) in quantum anomalous Hall insulators by analytically deriving its S-matrix. Based on the analytical model, we propose a viable device for the experimental realization and detection of the non-Abelian braiding operations. Through investigating the tunneling conductance in a discretized lattice model, the non-Abelian properties of CDEMs could also be verified in a numerical way. Our proposal for the CDEM-based braiding provides a new avenue for realizing…
2022-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum phases of a one-dimensional Majorana-Bose-Hubbard model
在超导序参量没有涨落的情况下，发生在一维p波无自旋超导体边缘的马约拉纳零模（Majorana zero modes，MZM）是发生在一维拓扑相边缘的拓扑保护零能模的典型例子。在这项工作中，我们用密度矩阵重整化群（DMRG）技术数值研究了在相位涨落存在下拓扑相位的命运。为此，我们考虑在零温度下介观超导岛上的MZM-s的一维阵列。铜对和MZM辅助的单电子隧穿，以及介观岛的有限充电能量，产生了丰富的相图。我们表明，该系统可以在莫特绝缘相，一个Luttinger液体（LL）相的库珀对或第二个无隙相。与库珀对的LL相反，这第二阶段的特征在于非局部弦关联函数，其由于无隙电荷- $e$激发而代数地衰减。这三个相通过Kosterlitz-lessor或Ising型相变彼此分离。利用Jordan-Wigner变换，我们将系统映射到具有两种跳跃的广义Bose-哈伯德模型，并利用DMRG分析了不同的相位和相变。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Topological properties of quantum systems are one of the most intriguing emerging phenomena in condensed matter physics. A crucial property of topological systems is the symmetry-protected robustness towards local noise. Experiments have demonstrated topological phases of matter in various quantum systems. However, using the robustness of such modes to stabilize quantum correlations is still a highly sought-after milestone. In this work, we put forward a concept of using topological modes to stabilize fully entangled quantum states, and we demonstrate the stability of the entanglement with res…
2022-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Plexcitons: Dirac points and topological modes
丛激子是激子和等离子体激元之间强耦合产生的极化激元模式。我们认为plexcitons出现在金属膜中的表面等离子体激元的有机分子层中的激子的相互作用。我们预测的狄拉克锥的出现在二维能带结构的plexcitons由于固有的排列的激子跃迁的有机层。这些狄拉克锥可以通过同时将金属与磁光层接合并使整个系统受到垂直磁场来打开能量。由此产生的能隙被拓扑保护的单向模填充，该单向模在该多激子系统的界面处行进。我们的理论建议表明，plexcitons是一个方便和简单的平台，探索物质的异国情调的阶段，以及新的方式来引导能量流在纳米级。
2015-09-11 cond-mat.mes-hall
Quantum spin Hall phases
本文综述了我们最近在量子自旋霍尔效应方面的理论工作。首先，我们比较各种2D系统的边缘状态，看看它们对扰动是鲁棒的还是脆弱的。通过比较，我们看到了2D量子自旋霍尔相位中边缘态的鲁棒性。通过研究量子自旋Hall相和绝缘体相之间的相变，我们看到了Z_2拓扑数是如何保护它的，并揭示了Z_2拓扑数的本质。我们还回顾了我们的理论建议的铋薄膜作为候选人的二维量子自旋霍尔系统。
2009-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Artificial magnetic molecules can contribute to progressing towards large scale quantum computation by: a) integrating multiple quantum resources and b) reducing the computational costs of some applications. Chemical design, guided by theoretical proposals, allows embedding nontrivial quantum functionalities in each molecular unit, which then acts as a microscopic quantum processor able to encode error protected logical qubits or to implement quantum simulations. Scaling up even further requires 'wiring-up' multiple molecules. We discuss how to achieve this goal by the coupling to on-chip supe…
2021-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
We propose a novel realization for a topologically superconducting phase hosting Majorana zero-modes on the basis of quantum spin Hall systems. Remarkably, our proposal is completely free of ferromagnets. Instead, we confine helical edge states around a narrow defect line of finite length in a two-dimensional topological insulator. We demonstrate the formation of a new topological regime, hosting protected Majorana modes in the presence of s-wave superconductivity and Zeeman coupling. Interestingly, when the system is weakly tunnel-coupled to helical edge state reservoirs, a particular transpo…
2020-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Physical Implementation of a Majorana Fermion Surface Code for Fault-Tolerant Quantum Computation
我们提出了一个物理实现的相互作用马约拉纳费米子实现$Z_{2}$拓扑秩序的交换哈密顿量，使用约瑟夫森耦合拓扑超导岛阵列。所需的多体相互作用哈密顿量自然地由充电能量在超导岛上引起的量子相位滑移和电子隧穿的组合产生。我们的设置改进了最近的建议，用于实现马约拉纳费米子表面码[1]，容错量子计算的“混合”方法，结合（1）工程的稳定剂哈密顿与拓扑有序的基态（2）投影稳定剂测量，以实现纠错和一组通用的逻辑门。我们的混合策略在误差抑制和单步稳定器测量方面优于传统的表面码结构，并且广泛适用于实现量子计算的稳定器码。
2015-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Charge $2e/3$ superconductivity and topological degeneracies without localized zero modes in bilayer fractional quantum Hall states
最近的研究表明，在传统的阿贝尔分数量子霍尔态中，可以产生具有局域化的仿费米子零模的非阿贝尔缺陷。在这里，我们提出了一种替代路线，以创建，操纵和测量拓扑保护的退化耦合到超导体的双层BHH状态，而不创建本地化的parafermion零模式。我们主要集中在电子空穴双层，与$\pm 1/3$劳克林在每一层的状态，与邻近耦合到超导体的边界。我们表明，超导体诱导电荷$2e/3$准粒子对凝聚在每个边界的H状态，这导致（1）拓扑保护的简并，可以通过测量电荷传感实验和（2）部分电荷$2e/3$ AC约瑟夫森效应。我们证明了一个模拟的非阿贝尔编织是可能的，尽管没有一个本地化的零模式。我们讨论了几个实际的优势，这个建议比以前的工作，也扩展到电子-电子双层在$ν= 2/3 + 1/3$耦合到超导性，电子-空穴双层只有层间隧穿。
2016-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Spectroscopy of spin-split Andreev levels in a quantum dot with superconducting leads
本研究利用混合超导-半导体transmon器件，对含未配对准粒子的自旋1/2量子点约瑟夫森结进行光谱学测量，揭示了自旋轨道耦合导致的磁通敏感分支及反常约瑟夫森效应，并通过全电学控制实现自旋翻转跃迁，为安德烈夫自旋量子比特的实现奠定基础。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Transition between ordinary and topological insulator regimes in two-dimensional resonant magnetotransport
在二维情况下，普通态和拓扑绝缘体态之间的跃迁可以用质量项在跃迁点改变符号的质量狄拉克模型来描述。我们从理论上研究如何通过本地化的螺旋边缘状态，这样的过渡体现在共振输运本身。谐振发生在带隙的中间，由于零边缘状态模式，这是由时间反演对称性保护，也当耦合到导电引线。我们得到了共振电导对质量参数和外加磁场的显式依赖关系。该建议可能是实际使用，允许一个确定的轨道g-因子的螺旋边缘状态的二维拓扑绝缘体。
2011-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological phases in Iridium oxide superlattices: quantized anomalous charge or valley Hall insulators
研究了沿[001]晶轴生长的斜方钙钛矿型氧化铱超晶格的拓扑相。由于Ir氧化物双层超晶格中5d轨道的强自旋轨道耦合和电子关联效应，Ir氧化物双层超晶格呈现出拓扑磁性绝缘体，表现出量子化的反常霍尔效应。根据堆叠的两层，我们还发现了一个山谷霍尔绝缘体与反向传播的边缘电流从两个不同的山谷和拓扑晶体绝缘体的边缘状态的晶格对称性的保护。在单层Ir氧化物超晶格中，当施加应变场以破坏保护Dirac点的滑移面的对称性时，可以实现拓扑绝缘体。在磁有序或面内磁场的存在下，它变成拓扑磁绝缘体。我们讨论这些拓扑相和实验签名的基本成分，以测试我们的理论建议。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Majorana states in helical Shiba chains and ladders
出于最近的建议，实现马约拉纳束缚态的链和阵列的磁性原子沉积在超导体的顶部，我们研究的拓扑性质的各种链结构，梯子和二维安排表现出磁螺旋。我们发现，磁畴墙的手性的磁螺旋被倒置支持两个保护马约拉纳状态引起的隧道电导峰的两倍的高度的一个单一的马约拉纳状态。耦合链的拓扑性质表现出作为链数量的函数的非平凡行为，超出了耦合Majorana状态的简单$\mathbb{Z}_2$性质所预期的偶奇二分法。此外，即使解耦链是平凡的，两个或多个耦合链的梯子也可能表现出马约拉纳边状态。我们制定了一个通用的标准，在多链梯的马约拉纳边缘状态的数量，并讨论了我们的研究结果的一些实验结果。
2013-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum simulation of exotic PT-invariant topological nodal loop bands with ultracold atoms in an optical lattice
由于PT对称性在物理学中具有重要的意义，PT是空间反演P和时间反演T的组合运算，因此对奇异的PT不变量拓扑金属进行完全分类和物理实现是非常重要和有趣的。在这里，我们，第一次，建立一个严格的分类拓扑金属的PT对称性保护使用KO理论。作为一个物理实例，构造了三维布里渊区中的PT不变节环模型，通过其PT对称保护的非平凡Z2拓扑荷揭示了其拓扑稳定性.在此基础上，我们提出了一个实现和探测光晶格中PT不变拓扑NL态的实验方案，该方案是将具有两个超精细自旋态的原子加载到一个自旋相关的3D光学晶格中，并利用两对Raman激光产生具有位置相关相位的面外自旋翻转跳跃.这样一个现实的冷原子设置可以产生拓扑NL状态，具有可调的环形带接触线的双重简并的体光谱和非平凡的表面状态。即使在P和T对称性都不存在的情况下，这些状态实际上也受到组合PT对称性的保护，并且其特征在于Z2型不变量（量子化的Berry相位）。值得注意的是，我们用数值模拟证明了：（i）特征NL可以通过测量布洛赫-齐纳振荡中的原子转移分数来检测;（ii）拓扑不变量可以基于飞行时间成像来测量;以及（iii）表面状态可以通过布拉格光谱来探测。本文提出的在冷原子系统中实现拓扑NL态的方案为探索奇异PT不变拓扑物理提供了一个独特的实验平台。
2016-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Scalable quantum memory in the ultrastrong coupling regime
电路量子电动力学，由超导人造原子耦合到片上谐振器，是一个主要的候选人，以实现可扩展的量子计算架构，因为存在良好的可调谐性和可控性。此外，最近的进展已经将该技术推向了光-物质相互作用的超强耦合机制，其中量子位-谐振器耦合强度达到了谐振器频率的相当大的一部分。在这里，我们提出了一个量子位谐振器系统在该制度下，作为一个量子存储设备和研究的存储和检索的量子信息和从Z2奇偶校验保护的量子存储器，在实验可行的方案。我们也相信，我们的建议可能铺平了道路，实现一个可扩展的量子随机存取存储器，由于其快速的存储和读出性能。
2015-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Parafermionic generalization of the topological Kondo effect
我们提出并研究了拓扑近藤效应的一个仿费米推广。后者已被预测出现库仑阻塞介观拓扑超导体（马约拉纳盒），其中至少有三个正常的引线隧道耦合到不同的马约拉纳零模式的盒子。马约拉纳状态表示量子杂质自旋，由于引线之间的共隧穿过程而被部分屏蔽，具有稳定的非费米液体基态。我们的理论研究了一个推广，其中（i）马约拉纳状态被拓扑保护的parafermion零模式取代，（ii）充电效应再次定义了一个自旋量子杂质上产生的parafermion盒，和（iii）正常的铅取代分数边状态。在这个多端问题中，不同的分数边引线仅通过parafermion盒耦合。我们表明，虽然线性电导张量表现出类似的行为，在马约拉纳的情况下，无论是在弱耦合和强耦合，我们的parafermionic推广实际上不是一个近藤问题，但定义了丰富的新一类量子杂质问题。在强耦合固定点处，通过参考引线注入的电流将各向同性地划分为所有其他引线中的输出电流，以及分散到参考引线中的通用负电流。因此，该设备可以作为电流提取器操作，其中电流划分在固定点处是无噪声的。我们描述了一个分数量子霍尔设置接近超导体和铁磁体，这可以允许在不久的将来实验实现。
2018-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Simulating spin systems with Majorana networks
随着超导-超导混合结构中Majorana准粒子的发现，拓扑保护量子比特成为量子信息处理的有力竞争者。虽然构建具有拓扑保护的通用量子计算机可能需要材料科学的重大进展，但中等规模的设备几乎在当前技术的范围内。作为拓扑量子比特的近期里程碑，我们提出了一个拓扑超导体网络作为各种量子自旋系统的模拟器，包括那些挫折。我们的建议是建立在现有技术的基础上，结合了半导体和超导量子比特的优势。我们确定本地的测量协议，提供有关地面和激发态以及动态相关性的信息。量子比特的拓扑保护导致更长的相干时间，并且可以通过将网络耦合到外部浴来控制到基态的弛豫。最后，我们指出量子模拟器的具体应用，例如，自旋液体、量子临界性和热化。
2018-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
