science >> Wetenschap >  >> Fysica

Jackiw-Rebbi zero-mode:het realiseren van niet-Abeliaans vlechtwerk in een niet-Majorana-systeem

(a) Op nanodraad gebaseerde kruisvormige junctie die het niet-Abelse vlechtwerk van Jackiw-Rebbi zero-modes ondersteunt. (b) Numerieke resultaten voor de evolutie van golffunctie die de niet-Abelse vlechteigenschappen van Jackiw-Rebbi nul-modi demonstreren. Krediet:©Science China Press

Als een belangrijke tak van kwantumberekening, topologische kwantumberekening heeft veel aandacht getrokken voor grote voordelen zoals fouttolerantie. Topologische kwantumberekening is gebaseerd op het niet-Abelse vlechtwerk van kwantumtoestanden, waar het niet-Abelse vlechtwerk op het gebied van kwantumstatistieken sterk gerelateerd is aan de niet-lokaliteit van de kwantumtoestanden. De verkenning van topologische kwantumberekening in de afgelopen twee decennia is voornamelijk gericht op het Majorana-fermion (of zijn nul-energie-incarnatie bekend als Majorana-nulmodus), een exotisch deeltje met niet-Abelse statistieken en bekend om zijn antideeltje zelf.

Jackiw-Rebbi zero-mode werd voor het eerst opgevoed op het gebied van hoge-energiefysica in de jaren zeventig. Met het groeiende belang van topologie op het gebied van de fysica van de gecondenseerde materie, het concept van Jackiw-Rebbi nulmodus werd ook aangenomen om te verwijzen naar de topologisch beschermde nulmodus in de grens van topologische isolatoren. In tegenstelling tot de Majorana-nulmodus die alleen wordt gepresenteerd met een niet-verdwijnende supergeleidende ordeparameter, Jackiw-Rebbi nul-modus is niet zelf-geconjugeerd en kan daarom worden gepresenteerd, zelfs in de afwezigheid van symmetrie tussen deeltjes en gaten.

Onlangs, in een onderzoeksartikel getiteld "Double-frequency Aharonov-Bohm effect and non-Abelian braiding properties of Jackiw-Rebbi zero-mode, " gepubliceerd in Nationale wetenschappelijke recensie , onderzoekers van vier universiteiten, waaronder Peking University en Xi'an Jiaotong University, claimden een nieuwe methode om niet-Abeliaans vlechtwerk te realiseren. Co-auteurs Yijia Wu, Haiwen Liu, Jie Liu, Hua Jiang, en X. C. Xie toonden aan dat de Jackiw-Rebbi-nulmodi die algemeen voorkomen in topologische isolatoren, ook niet-Abelse vlechten ondersteunen.

In dit werk, de auteurs construeerden Jackiw-Rebbi nul-modi in een kwantumspin Hall-isolator. Door het tonen van de Aharonov-Bohm-oscillatiefrequentie van het Jackiw-Rebbi zero-mode intermediaire transport wordt verdubbeld, ze beweerden dat de Majorana-nulmodus kan worden gezien als een speciaal geval van Jackiw-Rebbi-nulmodus met deeltjesgatsymmetrie. In de methode van numerieke simulatie, ze toonden ook aan dat niet-Abeliaanse vlechteigenschappen worden vertoond door Jackiw-Rebbi nul-modes in de afwezigheid van supergeleiding. De auteurs waren van mening dat deze resultaten niet alleen theoretische vooruitgang boeken met de charmante eigenschappen van Jackiw-Rebbi zero-mode, maar bieden ook de mogelijkheid om topologische kwantumberekeningen te realiseren in een niet-Majorana (niet-supergeleiding) systeem.

Dit laatste onderzoek bracht ook een algemene en continu afstembare fusieregel in topologische kwantumberekening naar voren wanneer de degeneratie van Jackiw-Rebbi-nulmodi wordt opgeheven. De auteurs concludeerden dat Jackiw-Rebbi zero-mode een nieuwe kandidaat zou kunnen zijn voor topologische kwantumberekening en extra voordelen biedt in vergelijking met zijn Majorana-neef:(1) de supergeleiding is niet langer vereist; (2) bezit een algemene fusieregel; en (3) de energiekloof is over het algemeen groter.