嵌有马约拉纳束缚态的T型量子点结构中的电流交叉关联

本文研究了在两个量子点之间嵌入拓扑超导纳米线的T型结构中,由马约拉纳束缚态所引起的电子输运特性,通过考虑对称和反对称两种偏压施加方式,发现量子点之间的超导对势对马约拉纳束缚态的非局域性有重要的影响.主要表现为,相比于电导发生的微弱变化,电流交叉关联的强度明显依赖于偏压施加方式和量子点间的超导对势.这表明电流交叉关联是描述马约拉纳束缚态性质的重要内容.该工作有助于深入理解马约拉纳束缚态的物理特性.

铁磁性电极条件下T形双量子点结构中马约拉纳束缚态的解耦现象

通过将马约拉纳束缚态侧耦合到主通道中的量子点,从理论上研究了T形双量子点体系的输运性质.结果表明,调整侧耦合量子点能级和量子点-马约拉纳束缚态耦合方式,可以在线性输运区观察到马约拉纳束缚态与T形双量子点解耦的现象.引入铁磁性电极后,电导平台的出现或损坏明显依赖于体系中磁场与电极极化方向的差异,而马约拉纳束缚态的解耦现象仍然稳固.本工作有助于进一步诠释T形双量子点体系中马约拉纳束缚态的解耦现象,为深入认知以及探测马约拉纳束缚态提供理论支持.

铁基超导体中的马约拉纳零能模及其阵列构筑

马约拉纳零能模服从非阿贝尔统计,其编织操作可用于构筑拓扑量子比特,是拓扑量子计算的基本单元,可从原理上解决量子计算中环境噪声带来的退相干问题.现有的马约拉纳零能模平台包括复合异质结构,如拓扑绝缘体/超导体、半导体纳米线/超导体或一维磁性原子链/超导体等,以及单一材料,如2M-WS_(2),4Hb-TaS_(2)和铁基超导体等.铁基超导体中的马约拉纳零能模具有材料平台简单、零能模纯净以及存活温度较高等一系列优势,引起了广泛关注.最近,大面积、有序和可调控的马约拉纳零能模晶格阵列在铁基超导体LiFeAs中被观测到,为未来的拓扑量子计算提供了一个理想平台.本综述首先回顾铁基超导体中马约拉纳零能模的实验观测,其中将重点介绍FeTe_(0.55)Se_(0.45),(Li_(0.84)Fe_(0.16))OHFeSe,CaKFe_(4)As_(4)和LiFeAs等材料体系.接着介绍给出铁基超导体中马约拉纳零能模关键性实验证据的一系列工作.然后进一步详细介绍近期LiFeAs中观测到有序和可调马约拉纳零能模晶格阵列的工作.最后给出总结和对未来马约拉纳领域研究的展望.

马约拉纳零能模移动引起的非绝热跃迁和粒子数宇称破坏及其检测

拓扑超导体中马约拉纳零能模(MZMs)的移动,对拓扑量子计算具有重要作用.基于微观格点模型,本文模拟了微电极操控下的多段移动及移动过程中引起的非绝热跃迁.结果表明多段移动可降低非绝热跃迁概率.经过准粒子激发谱的非绝热跃迁,还将诱导一对MZMs的初始费米宇称的微弱破坏(二阶效应).本文提出的检测非绝热跃迁效应的方案,可以同时检测因移动MZMs引起的跃迁至激发态的概率,以及因二阶效应引起的初始费米宇称的破坏.

马约拉纳零能模的输运探测

理论预言拓扑超导体能够承载服从非阿贝尔统计的伊辛任意子—马约拉纳零能模,因而可用于实现容错的拓扑量子计算,是凝聚态领域最受关注的前沿课题之一.本文重点回顾了电学输运手段在研究马约拉纳零能模中的应用.在简要介绍拓扑超导、马约拉纳零能模和非阿贝尔统计等基本概念的基础上,对当前实现拓扑超导的多种方案进行了总结.重点介绍了利用低温输运手段探测马约拉纳零能模的实验方法,涵盖了超导/纳米线中广泛使用的电子隧穿谱、库仑阻塞谱和非局域电导探测,以及约瑟夫森器件中使用的(逆)交流约瑟夫森效应探测和电流(能量)相位关系的探测.同时,对利用上述测量手段得到的实验结果可能存在的平庸解释进行了必要的补充和说明.最后对马约拉纳零能模的输运探测进行了总结与展望.

基于量子点相干光学谱的马约拉纳费米子探测（英文）

研究了半导体纳米线/超导体复合结构中的马约拉纳费米子的存在情况,提出一种用相干光学谱探测马约拉纳费米子的全光学方法.将一束较强的泵浦激光和一束较弱的探测激光同时作用于半导体量子点,由系统的哈密顿量导出半导体量子点的相干光学谱.数值模拟结果表明,相干光学谱中呈现出由半导体量子点与马约拉纳费米子耦合诱导的明确的马约拉纳费米子迹象.半导体量子点与马约拉纳费米子之间的无接触性,避免了探测中杂质信号的引入.半导体量子点与马约拉纳费米子间的耦合强度和探测吸收谱中两尖峰之间的分裂宽度呈正比,可通过测量分裂宽度获得耦合强度,为耦合强度的确定提供了直观的测量方法.

热电效应在马约拉纳费米子探测领域的应用

马约拉纳费米子服从非阿贝尔统计,是制备量子比特的理想候选者之一,具有巨大的潜在应用价值,因此在凝聚态物理领域引发了大量的研究.热电效应已被证明是对其进行探测的有效手段之一.首先介绍马约拉纳费米子的制备方案,然后总结探测马约拉纳费米子的代表性手段,最后综合阐述近些年热电效应在马约拉纳费米子研究中取得的重大突破.

铁基超导涡旋演生马约拉纳零能模

作为马约拉纳零能模(MZM)的一种全新载体,具有拓扑能带结构的铁基超导块材--拓扑铁基超导体--近年来引起了学术界的广泛关注.由于同时具备单一材料、高温超导、强电子关联、拓扑能带等特质,拓扑铁基超导体成功规避了本征拓扑超导体和近邻异质结体系在实现MZM上的困难,为马约拉纳物理开辟了自赋性拓扑超导的新方向.时至今日,人们已经在多种拓扑铁基超导体的磁通涡旋中测量到了纯净的MZM.实验发现,铁基超导体系中演生的涡旋MZM信号明确、物理清晰,具有很好的应用前景.拓扑铁基超导体有望成长为研究马约拉纳物理和制备拓扑量子比特最重要的材料体系之一.本文以Fe(Te,Se)为主要对象详细介绍了铁基超导马约拉纳载体的思想起源和研究进展.在阐明Fe(Te,Se)拓扑能带结构和零能涡旋束缚态基本实验事实的基础上,本文将逻辑清晰地系统总结铁基超导涡旋演生MZM的主要实验观测和基本物理行为;借助波函数、准粒子中毒等实验,解析Fe(Te,Se)单晶中的涡旋MZM演生机制;结合现有马约拉纳理论,深入探讨铁基超导体中的马约拉纳对称性和准粒子拓扑本质的实验测量.最后,本文采用"从量子物理到量子工程"的视角,综合分析涡旋MZM在真实材料和实际实验中的鲁棒性,为未来潜在的工程应用提供有益指导.本文以物理原理为线,注重理论与实验结合,旨在搭建经典马约拉纳理论与新兴拓扑铁基超导体系之间的桥梁,帮助读者理解铁基超导涡旋中演生的MZM.

从高质量半导体/超导体纳米线到马约拉纳零能模

作为马约拉纳费米子的“凝聚态版本”,马约拉纳零能模是当前凝聚态物理领域的研究热点.马约拉纳零能模满足非阿贝尔统计,可以构建受拓扑保护的量子比特.这种由空间上分离的马约拉纳零能模构建的拓扑量子比特不易受局域噪声的干扰,具有长的退相干时间,在容错量子计算中具有重要的应用前景.半导体/超导体纳米线是研究马约拉纳零能模和拓扑量子计算的理想实验平台.本文综述了高质量半导体纳米线外延生长、半导体/超导体异质结制备以及相应的马约拉纳零能模研究方面的进展,并对半导体/超导体纳米线在量子计算中的应用前景进行了展望.

马约拉纳零能模的非阿贝尔统计及其在拓扑量子计算的应用

自1937年被预言以来,马约拉纳费米子在粒子物理领域和暗物质领域就广受关注.它们在凝聚态物理中的"副本",马约拉纳零能模(Majorana zero mode,MZM),被指出可以通过拓扑超导实现,并由于满足非阿贝尔统计及可以用来实现容错的量子计算机而成为凝聚态领域最受关注的研究方向之一.尤其在近二十年中,马约拉纳零能模在理论和实验方面均取得了诸多重要进展,一些综述文章对此做了较详细介绍.本文将会重点回顾MZM的非阿贝尔统计性质以及它们在量子计算中的应用.文章的第一部分首先简单介绍了凝聚态系统中MZM的理论发展并概述了在人工异质结体系中寻找MZM的最新理论和实验进展.然后介绍了MZM非阿贝尔统计的基本概念,并讨论这一性质怎样应用到量子计算中.接下来重点讨论了利用MZM平台实现量子计算机的两个关键步骤:MZM非阿贝尔编织操作的实验实现方案和MZM量子比特的读取.在这一部分里,本文分别详细列举了现有的比较受关注的实现MZM编织操作和量子比特的读取实验装置.最后,文章介绍了在对称性保护的拓扑超导系统中实现马约拉纳的对称保护非阿贝尔统计的可能性.

马约拉纳费米子与杂质自旋相互作用的热偏压输运

本文研究量子输运中马约拉纳费米子与杂质自旋的相互作用,发现系统能够产生温差驱动的自旋相关电流,得到了马约拉纳费米子导致的热自旋流.在大温差下,马约拉纳费米子与量子点强耦合时,电流与门电压趋于线性关系,体现了马约拉纳费米子的鲁棒性,且马约拉纳费米子导致的自旋流具有振荡特性,其零点个数与杂质自旋角量子数相关.

马约拉纳费米子-量子点杂化系统输运性质的研究

从理论上研究马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质.基于广义主方程方法,计算通过此系统的电流、微分电导和Fano因子.计算结果表明:马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合导致系统的零偏置反常,而2个马约拉纳费米子的耦合压制系统的零偏置反常.

手征马约拉纳费米子

手征马约拉纳费米子是具有手性的无质量费米子,是其本身的反粒子,只能存在于1+1维(即1维空间+1维时间)或者9+1维.在凝聚态物理中, 1维手征马约拉纳费米子可看成1/2分数化的狄拉克费米子,并作为二维拓扑态的边缘元激发.奇数个手征马约拉纳费米子边缘态的存在也预示着体系中存在满足非阿贝尔量子统计的伊辛任意子.手征马约拉纳费米子也可进行非阿贝尔编织,理论上可用来实现容错量子计算,因此近年来在凝聚态物理研究中引起了广泛的兴趣.本文从二维拓扑态出发,介绍手征拓扑超导态和量子反常霍尔态之间的深刻联系,并由此得出量子反常霍尔平台转变与超导近邻实现手征马约拉纳费米子的方案,最后以单通道手征马约拉纳费米子为例,探讨其实现电子态的非阿贝尓量子门.

关于马约拉纳准粒子量子态变换问题的研究

讨论量子点与马约拉纳粒子耦合量子态的变换问题。首先介绍了马约拉纳费米子及其性质;然后引入量子态的Bloch球表示以及转动算符,通过量子操控技术实现量子态绕z轴的任意角旋转及绕xoy平面的任意轴π旋转;最后通过数学方法证明了2个和4个马约拉纳粒子与量子点构成的体系不能实现绕x轴和y轴旋转任意角。

量子模拟器揭示马约拉纳零能模的量子统计特性

马约拉纳零能模具有非阿贝尔任意子统计特性，并能对编码于其中的信息进行拓扑保护，是量子信息存储和容错量子计算的理想载体。

引力子等偏振量子数与马约拉纳熵(上)——非线性暗物质原子量子研究与应用(7)

破中国高能物理马约拉纳熵,创建引力子学与应用引力子实,找到"天使粒子",想当"魔鬼"也不容易。因为偏振量子数能雄起量子引力等方法。我们注意到引力场和量子场,除能量守恒、哈密顿原理等要遵守的定理、规律外,爱因斯坦、玻尔和"川大学派"都有自己的核心思辩武器。

半导体量子点/马约拉纳纳米线Aharonov-Bohm干涉仪中的热电效应

用非平衡格林函数方法对比研究了量子点与纳米线中的马约拉纳束缚态或另一个量子点中的常规费米子相互作用的两种系统中电导、热电势和热电优值因子的性质,发现不同结构中的物理量性质截然不同,可以用来探测马约拉纳束缚态的存在.计算结果说明,随着量子点与马约拉纳束缚态相互作用的增强,系统中的Fano效应减弱,电导呈现单个宽峰的结构,其峰值为G=0.6e^(2)/h,与没有干涉效应情况下的零能级电导峰G=0.5e^(2)/h的结果不同.而当量子点与常规费米子相互作用时,电导的峰变得更低.当量子点与马约拉纳束缚态作用时,干涉仪中的热电势迅速变小,同时发生符号的转变,这种现象不会发生在量子点与常规费米子相互作用的系统中.当一对马约拉纳束缚态之间存在直接的相互作用时,电导恢复Fano线形,并伴随着峰值的增强,同时热电势的符号再次发生翻转.当与量子点耦合的马约拉纳束缚态之间存在直接相互作用时,热电优值因子的两个峰同时向零能级处移动,并最终合并为单峰.在量子点与常规费米子相互作用的情况下,热电优值因子的值迅速增加,这些结果可以用来区分与量子点耦合的费米子类型.

引力子等偏振量子数与马约拉纳熵(3)——非线性暗物质原子量子研究与应用(7)

2、引力子熵与彭罗斯《宇宙的轮回》 引力子能穿越四维时空,进入高维和多维,说明它能＂翻转＂。物理的未来,世界科学共同体会陷入＂大沙漠＂吗？而＂民科＂到底又该如何走？这都面临类似＂天使＂与＂魔鬼＂难题,而陷入类似罗正大先生说的单一＂引力＂、单一＂斥力＂、＂引力与斥力＂、＂外力与斥力＂等四种选择。其实罗正大先生说的也是＂科学的不确定性＂,即使他自己是有确定的。

马约拉纳费米子的研究进展

马约拉纳费米子遵循非阿贝尔统计,在拓扑量子计算和量子信息处理方面具有潜在的应用前景。过去十多年中,各种可能存在马约拉纳零模的复合低维凝聚态系统相继被提出,并通过各种电学手段探测到了类似马约拉纳费米子的信号,如半导体纳米线/超导体系统、铁原子链/超导结构、铁基超导复合系统,以及拓扑绝缘体/超导体异质结等,并且拓扑绝缘体可能存在马约拉纳费米子的提议备受关注。最近几年也在实验上观测到了类似马约拉纳费米子的信号。然而对于马约拉纳费米子在低维凝聚态系统中存在的确凿证据以及马约拉纳费米子实现的拓扑量子计算还有待研究。本文综述了在各种复合低维凝聚态系统中找寻马约拉纳费米子的方案,并对实验探寻马约拉纳费米子的电学方法进行了详细的阐述。当前马约拉纳费米子的理论研究和实验探测方案主要集中在电学测量方面,为了得到更确凿的马约拉纳费米子的证据,有必要提出可供选择的探测马约拉纳费米子的方法或模型。考虑目前在微纳尺度上的技术进展,结合复合微纳系统,通过引入光学泵浦-探测技术,提出一系列全光学探测马约拉纳费米子的方法。然后,对光学探测马约拉纳费米子,以及马约拉纳费米子诱导的相干光学传输进行了综述。最后,展望了在固态量子器件中马约拉纳费米子在拓扑量子计算上的应用前景。

拓扑超导体和马约拉纳费米子

不同于传统超导体,拓扑超导体是边缘态具有马约拉纳束缚态的新型量子体系,因其可承载"神秘"的马约拉纳费米子成为科学界尤其是凝聚态物理学界最受关注的前沿焦点之一。简要介绍了拓扑超导体和马约拉纳费米子的基本概念,总结和回顾了实现拓扑超导相和马约拉纳费米子的理论方案及近期观测马约拉纳费米子的代表性实验进展。