所提出的量子装置可以简洁地实现涌现粒子,例如斐波那契任意子

2023-03-01 量子科技资讯

N = 2 SO(4) 拓扑近藤模型。中间的盒子是马约拉纳岛,左右的导线(引线)保持传导电子。通道内的每根导线都连接到马约拉纳零模式(用γ标记1,2,3,4)在岛上。(b) N通道SO(M)拓扑近藤模型。马约拉纳零模式(风格)的数量为 M,层数(通道)的数量为 N 。充电能量E词( EC1为零,所有其他通道均为非零)对于每个通道都是必不可少的,以防止通道混合。来源:物理评论快报(2023 年)。DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.066302

早在Jukka Vayrynen博士担任普渡大学物理与天文学系助理教授之前,他是一名博士后,研究凝聚态环境中涌现粒子的理论模型。到达普渡大学后,他打算扩展该模型,期望它相对容易。

他把看似简单的计算结果交给了和他一起工作的研究生李光杰,但计算结果出乎意料。这些结果是一个令人惊讶的障碍,几乎使他们的研究戛然而止。坚韧的团队已经抓住了这个障碍,并将其变成了量子计算发展的可能途径。

在科罗拉多州的阿斯彭物理中心,Vayrynen与以色列魏茨曼科学研究所的同事Yuval Oreg博士讨论了这个问题,他帮助规避了障碍。该团队利用对他们计算的这种新理解提出了一种量子装置,可以通过实验进行测试,以简洁地实现诸如斐波那契任意子之类的涌现粒子。他们于 10 年 2023 月 <> 日在《物理评论快报》上发表了他们的发现“多通道拓扑近藤效应”。

凝聚态理论是一个物理学领域,研究例如电子量子**的性质,并应用于超导体、晶体管或量子计算设备等技术。该领域的挑战之一是理解许多电子的量子力学行为,也称为“多体问题”。这是一个问题,因为它只能在非常有限的情况下进行理论建模。

然而,即使在这些有限的情况下,也已知会出现丰富的涌现现象,例如集体激发或带分数电荷的涌现“准”粒子。这些现象是电子之间复杂相互作用的结果,可以导致新材料和技术的发展。

“在我们的**中,我们提出了一种量子装置,它足够简单,可以在将来进行理论建模和实验测试,但也足够复杂,可以显示非平凡的涌现粒子,”Vayrynen说。

“我们的结果表明,所提出的设备可以实现一种称为斐波那契任意子的涌现粒子,该粒子可以用作量子计算机的构建块。因此,该设备是量子计算技术发展的有希望的候选者。

这一发现可以用于未来的量子计算机,使其更能抵抗退相干,也称为噪声。

根据他们的出版物,该团队引入了拓扑近藤模型的物理动机N通道泛化。从最简单的情况N = 2开始,他们推测一个稳定的中间耦合不动点并评估由此产生的低温杂质熵。杂质熵表明,在N = 2模型中可以实现新兴斐波那契任意子。

根据李的说法,“斐波那契任意子是一种涌现粒子,其性质是,当你向**添加更多粒子时,量子态的数量会像斐波那契数列、1、2、3、5、8 等一样增长。在我们的**中,一个小量子器件连接到传导电子导线,这将过度筛选器件,并可能导致出现斐波那契任意子。

该团队还提供了许多预测,可以在未来的量子设备中进行实验测试。

“我们评估零温度杂质熵和电导,以获得实验上可观察到的结果特征。在大N极限中,我们评估描述温度依赖性电导的完整交叉函数,“Vayrynen说。

这项研究是普渡大学Li和Vayrynen团队将要进行的一系列研究中的第一项。他们与德国马克斯普朗克固态研究所的资深科学家Elio König博士合作,并于20年2022月<>日在预印本arXiv中发布了相关工作“拓扑辛近藤效应”。

更多信息:李光杰等,多通道拓扑近藤效应,《物理评论快报》(2023)。DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.066302

期刊信息:物理评论快报


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