超导网络中的Kitaev自旋液体
Kitaev spin liquid in superconducting networks
- Purdue University（普渡大学）
- Boston University（波士顿大学）
- AppliedTQC（应用量子计算公司）
- Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University（普渡大学埃尔莫电气与计算机工程学院）
- School of Materials Engineering, Purdue University（普渡大学材料工程学院）
- Purdue Quantum Science and Engineering Institute, Purdue University（普渡大学量子科学与工程研究所）
- Microsoft Quantum（微软量子）
- Episteme
- Center for Quantum Devices, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所量子设备中心）
- Materials Science and Engineering, and Department of Physics, University of Washington（华盛顿大学材料科学与工程系及物理系）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
AI总结：
提出在超导超材料中实现Kitaev蜂窝晶格哈密顿量，利用库珀对盒子编码自旋并通过异质结构介导键方向性相互作用，数值计算确定了实验可及的工作区域，为工程化超导网络中实现平衡量子自旋液体开辟道路。
AI中文摘要：
我们提出在超导超材料中实现Kitaev蜂窝晶格哈密顿量——一个典型的自旋液体模型。该架构由库珀对盒子组成，这些盒子通过不需要自旋-轨道耦合的耗尽型半导体-超导体异质结构耦合。库珀对盒子编码有效的自旋自由度，而通过异质结构的正常和反常虚传播介导键方向性相互作用。两个关键控制参数是面外磁通和半导体费米能量。前者控制干涉并区分键方向，而将后者调谐至能带底部附近则产生涌现的Nambu交换对称性，该对称性强制所需的键方向性。通过数值计算，我们确定了一个具有受控修正的工作区域，其相关的能量和长度尺度在实验可及范围内。这些结果为在工程化超导网络中实现平衡量子自旋液体开辟了道路。
英文摘要：
We propose a realization of the Kitaev honeycomb Hamiltonian -- an archetypal spin-liquid model -- in a superconducting metamaterial. The architecture consists of Cooper-pair boxes coupled through depleted semiconductor--superconductor heterostructures that do not require spin--orbit coupling. The Cooper-pair boxes encode effective spin degrees of freedom, while normal and anomalous virtual propagation through the heterostructures mediate bond-directional interactions. Two key control parameters are an out-of-plane magnetic flux and the semiconductor Fermi energy. The former controls interference and distinguishes the bond directions, while tuning the latter close to the bottom of the band gives rise to an emergent Nambu-exchange symmetry that enforces the required bond directionality. Through numerical calculations, we identify an operating regime with controlled corrections, with associated energy and length scales within experimental reach. These results establish a route toward equilibrium quantum spin liquids in engineered superconducting networks.
