《複合量子結構中的拓撲量子態與電子糾纏研究》是依託北京大學，由徐洪起擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：複合量子結構中的拓撲量子態與電子糾纏研究
- 項目負責人：徐洪起
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在凝聚態體系中尋找探測滿足非阿貝爾統計的拓撲量子物態的準粒子，特別是Mojarana費米子，是當代物理學最重大研究課題之一。這些準粒子由於受拓撲保護，具有可以預見的長相干時間，在固態量子信息處理和量子計算領域也有誘人的套用前景。本項目聯合北大、物理所、中科大研究組，將s波超導體與窄帶隙半導體納米線和拓撲絕緣體薄膜相結合製作複合量子結構，通過極低溫條件下的精密電學、磁致輸運、高頻測量研究量子結構中的拓撲量子態與電子糾纏等基本物理問題和調控手段。研究內容包括：基於s波超導體和窄帶隙半導體納米線所構造的複合量子器件中的拓撲量子物態和Majorana費米子研究；基於s波超導體和三維拓撲絕緣體界面的拓撲量子物態研究和Majorana費米子的探測；基於高遷移率二維電子氣分數量子霍爾態的拓撲量子物態研究；超導體與半導體納米線以及拓撲絕緣體構成的複合器件中的庫珀對電子分離與糾纏研究。
結題摘要
本項目以基於半導體納米線或拓撲絕緣體的超導複合器件和砷化鎵高遷移率二維電子氣為研究對象，以基於拓撲量子態的相干輸運和糾纏為主要研究目標。本項目集合了材料生長、器件研製和極低溫條件下的微弱信號測量等多個研究內容，主要研究任務分成三部分：(1) 基於半導體納米線的單量子點和多量子點器件，及其與超導電極複合器件的製備技術和測量技術，探索該體系內的拓撲多體物理現象及其相干過程；(2) 基於s波超導體和三維拓撲絕緣體的約瑟夫遜器件，探索Majorana束縛態和基於高遷移率二維電子氣器件探索拓撲超導物態；(3) 超導體和納米材料構成複合器件中的庫珀對電子分離與糾纏物理研究。圍繞以上研究目標，項目組成員刻苦攻關，基本完成了研究任務。項目取得了多項處於國際前沿水平的成果，主要包括：率先製作出基於InAs納米線三量子點器件並對其物理特性進行了精細的電學測量，率先研製出基於InSb納米線的彈道約瑟夫森結器件以及納米線量子點-超導體複合量子器件，觀察到特徵的相變現象；通過研究拓撲絕緣表面態及其鄰近效應，實驗驗證了Andreev束縛態的存在與手性保持以及Majorana束縛態，實驗結果初步證實了了Fu-Kane 模型中Majorana相圖的正確性；開展了基於新型半導體二維材料和納米線材料的量子點製備，實現了超導諧振腔與量子點的耦合以及兩量子比特的擴展。通過本項目的實施，我們基本確定了在拓撲量子器件領域中的國內領先地位，具備了在國際範圍內參與固態拓撲量子計算這一最前沿和最具挑戰性領域競爭的能力。
