2019-09-12 13:53:01
观察超导电路中的拓扑磁极绝缘体状态

观察超导电路中的拓扑磁极绝缘体状态.jpg

物质的拓扑状态是超越Landau对称破缺理论的物质阶段,其理论特征是拓扑不变量和拓扑边缘状态。物理学家David J. Thouless与F. Duncan,M。Haldane和J. Michael Kosterlitz合作,揭开了这些独特的物质状态,于2016年获得诺贝尔物理学奖。

自发现以来,物质的拓扑状态已成为越来越多研究的焦点。来自各个领域的研究人员正在积极寻找这些状态,因为观察这些状态既可以拓宽我们目前对物质异常状态的理解,又可以帮助实现拓扑量子计算。

在最近的一项研究中,清华大学,山西大学和华南师范大学的一组研究人员能够在超导电路中观察拓扑磁极绝缘体状态。他们在“物理评论快报”上发表的论文是第一篇展示量子比特链如何灵活调整为拓扑琐碎或非平凡的磁控管绝缘子状态的论文。

“拓扑状态的概念最初来自固态电子系统,”进行这项研究的研究人员之一冯梅告诉Phys.org。 “它现在已经扩展到不同的人造玻色子系统,包括被困在光学晶格,人造光子和声子晶格中的超冷原子。”

在过去几年中,研究人员在使用超导电路实现可扩展量子计算方面取得了实质性进展。例如,IBM和谷歌都宣称已经成功设计了分别为50和72比特的量子比特网格。受这些发现的启发,梅和他的同事们开始怀疑他们是否能够实现量子比特链中的拓扑状态,为量子比特获得“拓扑保护”。

“在我们的工作中,我们首次证明了超导量子比特链可以支持拓扑磁极绝缘体状态并具有拓扑保护,”梅说。 “我们的工作表明,超导量子计算平台也可用于实现物质的拓扑状态。此外,它还为实现受拓扑保护的量子信息处理提供了机会。”

在凝聚态物理中,磁子是晶格中电子自旋链的集体激发。另一方面,拓扑磁铁绝缘子是与磁子相关的新拓扑状态,其特征在于拓扑不变。

Mei及其同事调查的系统具有与一维系统相关的拓扑匝数。换句话说,当其拓扑绕组数不是零时,系统处于其拓扑绝缘体状态。

“根据大量边缘对应,非零拓扑缠绕数保证了拓扑边缘状态的存在,”参与该研究的另一位研究员Luyan Sun告诉Phys.org。 “因此,拓扑绕组数和拓扑边缘状态是拓扑绝缘体的两个重要标志。然而,之前在任何拓扑系统中都没有同时观察到它们。”

在他们的研究中,Mei和Sun使用了一系列量子比特,这些量子比特中的每一个都是超导电路。正如他们在之前的研究中所证明的那样,相邻量子位之间的有效耦合可以通过参数调制量子位的频率来调整。

“有效的耦合强度表征了相邻量子比特之间的能量交换率,”Sun说。 “它可以调整为任意小于由器件几何形状决定的静态耦合强度。在我们的器件中,所有量子位都是频率可调的,可以通过各个外部磁通偏置线控制。”

他们的设置和程序允许研究人员通过改变量子位耦合配置,简单地将量子比特链调整为拓扑和非拓扑状态(即将这些状态打开'或'关闭)。在他们的实验中,他们只是激发了一个量子比特(即一个磁振子),然后在量子比特链中监视它的动态。他们收集的观察结果使他们能够探测系统的拓扑绕组数和拓扑边缘状态。

“我们只考虑单量子比特激发并实现非相互作用的拓扑状态,”梅说。 “如果我们考虑将多个量子比特激励放入量子比特链,那么在该系统中也可以实现和探索相互作用的对称保护拓扑状态。我们的研究结果表明,超导量子比特链可以用作探索不同非相互作用和相互作用的通用平台。对称保护的拓扑状态。“

Mei,Sun及其同事最近进行的研究表明,物质的拓扑状态也可以在超导量子比特链中出现。此外,它为链中量子比特的拓扑保护的实现提供了有价值的见解。这可以促进拓扑保护的量子信息处理技术的发展。

在他们未来的工作中,研究人员计划实现对称保护的相互作用的物质拓扑状态。此外,他们希望发现使用超导量子比特链实现受拓扑保护的量子信息处理任务的方法。

“对称保护的相互作用的拓扑状态是物质的重要相互作用的拓扑状态,它们的实现目前仍然是一个巨大的挑战,”梅说。 “具有多量子位激发的超导量子比特链为实现这种状态提供了一个自然的平台。通过拓扑状态赋予的拓扑保护,我们将继续研究如何实现拓扑保护的量子信息处理任务,如拓扑保护的量子态转移。 “

人类科学
全球野生动物峰会决定对长颈鹿贸易进行监管,加强对包括大象在内的濒危动物的保护,引发心怀不满的南部非洲国家威胁要签署国际条约。“濒危野生动植物种国际贸易公约”(CITES)的缔约方在批准了一长串加强保护措施的提案后,于周三在日内瓦结束了为期12天的会议。
2019-08-29 06:15:01
人类科学
仅在2019年就有9个州通过了法律,限制了怀孕初期的堕胎。我们这些研究公共卫生的人越来越担心这些政策对妇女的负面健康影响。这是因为研究表明,限制生殖权利和服务的法律在很多方面将妇女的健康和福祉置于危险之中。这可能是因为通过强制继续意外怀孕来增加不安全手术导致长期精神和身体健康损害的可能性。
2019-09-07 06:49:01
人类科学
现在是1950年,一群科学家正在与落基山脉雄伟的背景下共进午餐。他们即将进行一场将成为科学传奇的对话。科学家们在洛杉矶阿拉莫斯牧场学校(Manhattan Alamos Ranch School),这是曼哈顿计划的所在地,该团队最近都参与了原子时代。
2019-08-12 07:46:01
人类科学
美国州卫生官员周三表示,在唐纳德特朗普总统的政府取消全国性禁令计划后,加利福尼亚州将禁止使用与人类发育问题有关的农药。加利福尼亚州的两家卫生机构在一份声明中表示,禁止在农业富裕国家禁毒死蜱的决定遵循“越来越多的证据”,表明对暴露的儿童和其他弱势群体造成了严重的健康影响。
2019-08-18 23:14:02
人类科学
一项由QUT主导的新研究开发了一个统计工具箱,以帮助避免海草损失,为鱼类和儒艮和绿海龟等高风险物种提供住所,食物和氧气。该研究发表在英国生态学会的“生态学和进化方法”中。该文件描述了关键的监测和管理设计,以最大限度地提高海草对人类活动的抵御能力,更好地为海草疏浚作业和沿海地区的发展提供信息。
2019-08-19 23:20:01
人类科学
新的研究提醒人们,看似棘手的问题的解决方案并不一定复杂。一项针对哥伦比亚公共住宅区1800名工作年龄居民的研究发现,当他们的随机分配单位在一楼时,女性更有可能经营家庭企业。他们在这方面也获得了更多收益。四层楼的一楼单位的女性家庭企业家的收入是其他三个楼层的女性企业的两倍。他们的女性邻居在其他职业中的收入也增加了三倍。
2019-09-05 16:24:01
人类科学
据斯特林大学的专家介绍,将海狸重新引入其原生栖息地是解决淡水生物多样性危机的重要一步。自然科学学院的新研究为以前的工作提供了进一步的支持,这些工作表明海狸对植物和动物的各种生活有重要影响。由Alan Law博士和Nigel Willby教授领导的最新研究发现,仅在海狸建造的池塘中发现的物种数量比同一地区的其他湿地高50%。生物与环境科学讲师罗博士说:“海狸与同一地区其他湿地的情况大不相同。
2019-08-27 08:24:01
人类科学
超过180个国家的代表正在开会,就脆弱物种的保护问题达成一致意见,这些问题涉及象牙贸易和鲨鱼鳍鱼类消费需求等问题。每三年举办一次的濒危动植物贸易世界野生动物会议,即CITES,旨在确保野生动植物标本的全球贸易不会危及其生存。
2019-08-17 22:42:01
人类科学
1.在第四次工业革命中,新的基因编辑工具可能会超越生物进化。2.人类世的到来可能会导致全球临界点。3.第四次工业革命需要谦虚。进化研究使我们能够重建过去,并了解生命如何从简单生物进化到复杂生物。进化推理可以帮助我们理解科学中最大的问题,从宇宙的起源到人类大脑的内部运作。
2019-08-20 00:16:02
人类科学
特拉华大学机械工程助理教授Kun(Kelvin)Fu使用三维打印机制造纯碳纳米管(CNT)结构。 Fu被认为是第一个使用3D打印机制造这些轻质,坚固,高度多孔的CNT结构的人。
2019-07-31 22:29:01