| Аннотация |
Цель проекта – изучение стабильности топологически защищённых систем и бистабильных состояний по отношению к процессам сбоя фазы и диссипативным процессам. Актуальность проекта обусловлена необходимостью создания компактных и легко управляемых систем квантовой обработки информации. Будет рассмотрен ряд конкретных систем, в которых имеются состояния, защищённые топологической защитой, либо двукратно вырожденные состояния, возникшие за счёт фазового перехода или бистабильности и разделённые большим потенциальным барьером:
1) Электронные системы на основе геликоидальных состояний. Будет рассмотрено разрушение топологической защиты в краевых 1D геликоидальных состояниях (ГС) 2D топологического изолятора (ТИ). Известные механизмы, например, неупругое рассеяние в заряженных «островках», туннельно-связанных с ГС, не позволяют объяснить экспериментально наблюдаемое сильное, температурно-независимое подавление краевого кондактанса. Недавно нашей группой был предложен механизм, который учитывает туннелирование через островки, но не требует неупругого рассеяния носителей. Анализ модельной задачи с искусственно созданной антиточкой рядом с ГС показывает сильное температурно-независимое рассеяние назад в согласии с экспериментом. В проекте будет изучено туннелирование через реальные диффузионные островки, и найдены условия для перехода в локализованный режим.
Также будут изучены искусственные системы на основе ГС, а именно, 1D и 2D массивы антиточек (полостей) в ТИ, которые содержат кольцевые ГС на границе. Будет рассмотрена возможность запутывания чисто электрическим способом состояний кольцевых ГС, находящихся в соседних антиточках, с акцентом на анализ дефазировки и диссипативных процессов.
2) Скирмионы и магнетоупругие системы. Будет рассмотрена возможность управления 2D скирмионными кристаллами (СК) с фокусом на анализ топологических магнонов (ТМ). Суперпозиция разных мод ТМ даёт кубиты, аналогичные пролётным кубитам (flying qubits) в электронных системах и фотонам смешанной поляризации в фотонных. Мы изучим возможность управления состояниями ТМ чисто электрическим способом с учётом декогерентности и диссипации. Также будет изучена связь магнитных и упругих мод, и исследован вопрос о плавлении СК. Помимо этого, будет исследована другая система с магнитоупругими свойствами – гибкая мембрана со спиновыми возбуждениями. В такой системе легко возбудить механические колебания очень высокой степени добротности (вплоть до 10^4) и создавать бистабильные состояния, что, с учётом связи со спином, позволяет создать спиновые долгоживущие кубиты с высокой степенью когерентности, которыми можно управлять механическими силами.
3) Фотонные резонаторы. Будет изучен диссипативный фазовый переход из сжатого (squeezed) состояния в бистабильное (cat) состояние по мере изменения интенсивности накачки в системе из двух фотонных резонаторов, связанных джозефсоновским контактом. Предполагается подробно изучить возможности эффективного управления и запутывания “cat” кубита в окрестности перехода, используя различные виды накачки (двухфотонная и однофотонная). Ожидается, что с ростом однофотонной накачки должен меняться характер фазового перехода (от второго рода при слабой накачке к первому при сильной), а эффективность управления резко возрастает в окрестности перехода.
Необходимость изучения различных систем обусловлена тем, что они имеют свои достоинства и недостатки. Электронные системы компактны и легко управляемы, но когерентность в них быстро разрушается. Фотонные системы демонстрируют высокий уровень когерентности, но для сильного взаимодействия между разными квантовыми состояниями необходимо использовать специальные структуры, например, джозефсоновские контакты. Скирмионные и магнетоупругие системы компактны и позволяют достичь высокой степени когерентности, но возможность чисто электрического управления ими (без магнитного поля) была осознана лишь совсем недавно. В проекте будет проведён сравнительный анализ перечисленных систем.
|
