Меню
Хиралните спин-течности са една от най-завладяващите фази на материята, които някога са си представяли физиците. Тези екзотични течности проявяват квазичастици, известни като неабелови ениони*, които не са нито бозони, нито фермиони, и чиято манипулация може да позволи реализацията на универсален квантов компютър. Въпреки интензивните усилия във физиката на кондензираната материя, експерименталното откриване на такава фаза в природата остава изключително предизвикателство в челните редици на съвременните изследвания.
От теоретична гледна точка хиралните спин-течности се появяват в опростен модел, представен от Китаев през 2006 г., който позволява да се разкрият техните свойства с помощта на аналитични методи. Забележително е, че последните постижения в дизайна на квантовите симулатори отварят възможен път за първата експериментална реализация на прототипния модел на Китаев, което предполага, че хиралните спинови течности (включително техните екзотични квазичастици) могат да бъдат изследвани и манипулирани в силно контролирана квантово-оптична експериментална среда.
В ново проучване, публикувано в PRX Quantum, Бойи Сун и Натан Голдман (Свободен университет, Брюксел), Моника Айделсбургерr (Университет Лудвиг Максимилиан, Мюнхен) и Марин Буков (Макс Планк институт за физика на комплексните системи Дрезден и Софийски университет) предлагат реалистично емулиране на модела на Китаев чрез квантови симулатори. Подложена на прецизни периодични пулсове, изследваната от тях система е показана да симулира хирална спин-течност с не-абелови ениони. Авторите описват практически методи за изследване на поразителните свойства на тези екзотични състояния. По-специално, техните методи недвусмислено разкриват топологичния енергиен поток, който тече по ръба на системата – отличителен белег на не-абеловите ениони, които се проявяват по ръба на материали в хирално спин-течно състояние.
Тази работа проправя пътя към квантовата симулация на хирални спин-течности, предлагайки привлекателна алтернатива на тяхното експериментално изследване в квантовите материали.
Международното сътрудничество е подкрепено от FRS-FNRS (Белгия), програмата EOS (проект CHEQS), Европейския изследователски съвет (проекти TopoCold и LATIS), от Германската изследователска фондация (DFG) чрез Research Unit FOR 2414 под номер на проект 277974659 и под Стратегия за отлични постижения на Германия – EXC-2111-390814868, от Европейската изпълнителна агенция за научни изследвания чрез споразумение за отпускане на безвъзмездни средства Мария Склодовска-Кюри № 890711 и от Китайския съвет за стипендии и Националната фондация за природни науки на Китай (грант № 12204399).
Може да намерите повече информация ТУК.
*от английски anyon, да не се бърка с анион (отрицателно зареден йон)
TOWARDS THE REALIZATION OF CHIRAL SPIN LIQUIDS AND NON-ABELIAN ANYONS IN QUANTUM SIMULATORS
Chiral spin liquids are one of the most fascinating phases of matter ever imagined by physicists. These exotic liquids exhibit quasi-particles known as non-Abelian anyons that are neither bosons nor fermions, whose manipulation could allow for the realization of a universal quantum computer. Despite intense efforts in condensed matter physics, discovering such a phase in nature remains an outstanding challenge at the forefront of modern research.
From a theoretical point of view, chiral spin liquids emerge in a simple model that was imagined by Kitaev in 2006, and which allows to reveal their properties using analytical tools. Remarkably, recent advances in the design of quantum simulators open a possible path for the first experimental realization of the original Kitaev model, hence suggesting that chiral spin liquids (including their exotic quasi-particles) can be studied and manipulated in a highly-controlled experimental environment.
In a new study published in PRX Quantum, BoYe Sun and Nathan Goldman (ULB, Brussels), Monika Aidelsburger (LMU, Munich), and Marin Bukov (MPI-PKS Dresden, Sofia University) propose a realistic implementation of the Kitaev model in quantum simulators. Based on a precise pulse sequence, their system is shown to host a chiral spin liquid with non-Abelian anyons. The authors describe practical methods to probe the striking properties of these exotic states. In particular, their methods unambiguously reveal the topological heat current that flows on the edge of the system: a hallmark signature of the non-Abelian anyons that emerge on the edge of chiral spin liquids.
This work paves the way for the quantum simulation of chiral spin liquids, offering an appealing alternative to their experimental investigation in quantum materials.
This international collaboration was supported by the FRS-FNRS (Belgium), the EOS program (CHEQS project), the ERC (TopoCold and LATIS projects), by the German Research Foundation (DFG) via Research Unit FOR 2414 under project number 277974659 and under Germany’s Excellence Strategy – EXC-2111-390814868, by the European Research Executive Agency via the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 890711, and by the China Scholarship Council and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 12204399).
You can find more information about this topic HERE.