論文の概要: Scheme for braiding Majorana zero modes in vortices using an STT-matrix

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.18578v5
• Date: Wed, 01 Oct 2025 09:05:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-02 14:33:21.402887
• Title: Scheme for braiding Majorana zero modes in vortices using an STT-matrix
• Title（参考訳）: STT行列を用いた渦におけるマヨラナゼロモードのブレイディング方式
• Authors: Guangyao Huang, Jibang Fu, Xiaofeng Yi, Weichen Wang, Bo Ren, Zhaohua Yang, Shichuan Xue, Xinfang Zhang, Mingtang Deng,
• Abstract要約: トポロジカル量子計算を約束するマヨラナゼロモード(MZM)は、自然に超伝導渦にホストされている。 本研究は, スピン伝達トルク(STT)のプログラム可能な行列を用いた新しい制動方式を提案し, 数値的に実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.951234788672177
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Majorana zero modes (MZMs), promising for topological quantum computation, are naturally hosted in vortices of two-dimensional topological superconductors (TSCs). However, precise control and braiding of these vortex-bound MZMs remains a significant challenge. This work proposes and numerically demonstrates a novel braiding scheme utilizing a programmable matrix of spin transfer torque (STT) devices (STT-matrix) integrated with a TSC layer. By selectively activating individual STT elements, their localized stray fields enable deterministic manipulation, including driving, braiding, and fusion, of superconducting vortices and their associated MZMs. We establish a comprehensive simulation framework combining finite element analysis for STT-induced vortex formation, time-dependent Ginzburg-Landau equations for vortex dynamics and time-dependent Bogoliubov-de Gennes equations for MZM evolution. Simulations confirm the STT-matrix's capability for high-fidelity vortex manipulation and demonstrate MZM braiding dynamics. We quantify the impact of vortex acceleration and finite MZM coupling on braiding fidelity, showing it can be optimized by adjusting STT spacing and vortex separation. Furthermore, we demonstrate controlled MZM fusion and measure the resultant energy splitting. This STT-matrix-based approach offers a highly versatile, scalable, and potentially practical platform for operating MZMs within TSC vortices, advancing towards fault-tolerant topological quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 位相量子計算を約束するマヨラナゼロモード(MZM)は、2次元トポロジカル超伝導体(TSC)の渦に自然にホストされている。 しかし、これらの渦結合型MZMの精密制御と編曲は依然として重要な課題である。 本研究は、STTデバイス(STT-matrix)のプログラム可能な行列をTSC層に統合した新しいブレイディング方式を提案する。 個々のSTT元素を選択的に活性化することにより、その局所的な成層場は、超伝導渦とその関連するMZMの駆動、ブレイディング、融合を含む決定論的操作を可能にする。 我々は, STT誘起渦形成の有限要素解析, 渦力学の時間依存型ギンズブルグ・ランダウ方程式, MZM進化の時間依存型ボゴリューボフ・ド・ゲンヌ方程式を組み合わせた総合シミュレーションフレームワークを構築した。 シミュレーションにより、STT行列の高忠実渦操作能力を確認し、MZMブレイディングダイナミクスを実証する。 本研究では, 渦加速と有限MZM結合の影響を定量化し, STT間隔の調整と渦分離により最適化可能であることを示す。 さらに、制御されたMZM核融合を実証し、その結果のエネルギー分割を測定する。 このSTT行列ベースのアプローチは、フォールトトレラントなトポロジカル量子計算に向けて、TSC渦内でMZMを操作するための、高度に汎用的でスケーラブルで、潜在的に実用的なプラットフォームを提供する。

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