CC BY
0КВАНТОВАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ НА ОСНОВЕ ГЕЛИКОИДАЛЬНЫХ
СОСТОЯНИЙ
Ниязов Р. А.1'2, Крайнов И. В.1, Аристов Д. Н.1'2, Качоровский В. Ю.1
1ФТИим. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург, Россия, kachor.valentin@mail.ioffe.ru 2НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ, Гатчина, Россия
Интерферометры на основе систем с малым количеством квантовых каналов находятся в фокусе исследования в последние десятилетия, в первую очередь, из-за возросшего интереса к квантовым вычислениям. Многообещающая возможность для дальнейшего развития в этом направлении связана с открытием 2D топологических изоляторов (ТИ), которые не проводят в объёме, но содержат Ш проводящие геликоидальные краевые состояния (ГКС). Электроны, распространяющиеся в ГКС в противоположных направлениях, имеют также и противоположные спины. Транспорт через ГКС топологически защищён, поскольку рассеяние назад на обычных немагнитных примесях запрещено. ТИ с двумя контактами представляет собой простейшую реализацию квантового электронного интерферометра на основе ГКС. Принципиальное отличие от интерферометра на основе обычных (не геликоидальных) Ш каналов состоит в том, что интерференция в крае ТИ возникает только при наличии спин-флип процессов. Эти процессы появляются при наличии в системе магнитного дефекта, либо за счёт туннельной связи ГКС с заряженным островком, а также в периодических массивах ГКС, которые реализованы в недавних экспериментах. Поэтому, наблюдение интерференционных эффектов позволяет извлечь информацию о возможных процессах разрушения топологической защиты.
В докладе обсуждается влияние интерференционных эффектов на транспорт и шум в системах на основе ГКС. Показано, что зависимость кондактанса О и фактора Фано Г от магнитного потока ф, существенно более универсальна, чем в обычных интерферометрах. Как О так и Г имеют резонансную зависимость от ф, причём резо-нансы имеют нетривиальную форму и выживают вплоть до достаточно высоких температур. Предложено описание системы на языке ансамбля управляемых куби-тов, которые можно использовать для квантовых вычислений. Также показано, что в периодических массивах ГКС интерференция приводит к возникновению зонной структуры, которой можно управлять с помощью ф, например, создавая дираковские точки или (при наличие дефектов) локализованные кубиты.
Наиболее интересные эффекты возникают при учёте ее-взаимодействия. В частности, взаимодействие может привести к возникновению нескольких фаз и мультикритическому поведению периодических массивов ГКС. Ещё более интересен механизм рассеяния назад, обусловленный так называемыми «флуктуациями нулевой моды» (ФНМ) в заряженном островке, существующем около ГКС. Без взаимодействия, различные процессы, которые могли бы привести к рассеянию назад, деструктивно интерферируют и их вклад сокращается. ФНМ приводят к подавлению деструктивной интерференции и возникновению рассеяния назад. В отличие от рассмотренных ранее механизмов нарушения топологической защиты ее-взаимодействием, данный механизм не связан с неупругими процессами и имеет слабую зависимость от температуры в хорошем согласии с экспериментом.
Работа выполнена при поддержке РНФ № 20-12-00147-П.
