Eindimensionale Majorana-Moden in elektronischen Schaltkreisen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Mirlin; Professor Dr. Alexander Shnirman
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429691603

Dieses Projekt widmet sich dem sich rasch entwickelnden und expandierenden Feld eindimensionaler (chiraler) Majorana-Moden in kondensierter Materie. Diese kürzlich experimentell beobachteten Moden treten an den Rändern von zweidimensionalen topologischen Supraleitern auf. Sie erweitern die wissenschaftliche Untersuchung der Majorana-Nullmoden in eine neue, weitgehend unerforschte Richtung. Die Charakterisierung eines Majorana-Fermions als Hälfte eines regulären Dirac-Fermions erhält hier eine besonders klare Begründung. Tatsächlich zeigen bestimmte Netzwerke von Randzuständen, die Konverter (Streukontakte) Dirac-Majorana und Majorana-Dirac enthalten, die quantisierte Leitfähigkeit halbiert im Vergleich zu dem üblichen Wert in Schaltkreisen mit ausschließlich Dirac-Moden. In diesem Projekt planen wir, die Eigenschaften von 1D Majorana-Moden in elektronischen Schaltkreisen unter Berücksichtigung der Effekten von Wechselwirkungen, Unordnung und Quanteninterferenz zu untersuchen. Insbesondere ist das Arbeitspaket I dem Transport in Interferometern mit 1D Majorana-Moden und zugehörigen Braiding-Protokollen gewidmet. Das Arbeitspaket II befasst sich mit dem Einfluss von Störungen und Wechselwirkungen auf 1D-Majorana-Drähte mit Moden, die sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreiten. In Arbeitspaket III werden schließlich 1D-Majorana-Moden untersucht, die an Rändern topologischer Spinsysteme (zum Beispiel im Kitaev-Honigwabenmodell) entstehen, und die Implementierung solcher Schaltkreisen unter Verwendung von regelmäßigen Josephson-Qubits. Das ultimative Ziel des Projekts besteht darin, das Ausmaß der Stabilität und Genauigkeit der Majorana-Schaltkreise gegenüber Wechselwirkungen und Unordnung zu bestimmen sowie die Möglichkeiten und spezifischen Ansätze für die Verwendung dieser Schaltkreise für die topologische Quantencomputing zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yuriy Makhlin