在非majorana系统中实现非阿贝尔编织

在量子计算领域，拓扑量子计算是一个重要的分支，具有高容错性等一系列优点。拓扑量子计算非常依赖于量子态的非阿贝尔编织，这是一种与量子态的非局域性密切相关的量子统计性质。在过去的二十年里，许多研究者研究了一种奇异的粒子——马约拉纳费米子，它可以在超导有序参数系统中实现非阿贝尔编织，以及这种粒子的一个特例——零能量下的马约拉纳零模。

近日，北京大学量子材料科学中心谢新成教授团队与安交通大学等单位合作，解释了一种实现非阿贝尔编织的新途径，即利用拓扑绝缘体中广泛存在的Jackiw-Rebbi零模实现非阿贝尔编织。

Jackiw-Rebbi零模的概念最早出现在高能物理领域，后扩展到凝聚态物理领域，用来指拓扑绝缘体边缘的拓扑保护零能模。与majorana零模相比，Jackiw-Rebbi零模没有自* *轭性质，因此可以出现在没有粒子空穴对称性保护的非超导系统中。

在这项工作中，研究人员在量子自旋霍尔绝缘体中构建了Jackiw-Rebbi零模，并证实了这种零模会导致倍频Aharonov-Bohm效应，在没有超导性的情况下可以表现出非阿贝尔编织特性，而majorana零模可以看作是Jackiw-Rebbi零模具有粒子空穴对称性的特例。

(a)实现Jackiw-Rebbi的零模非阿贝尔编织十字形纳米线结构；波函数演化的数值结果显示了Jackiw-Rebbi零模的非阿贝尔编织特性。

研究人员还发现，当简并性被破坏时，Jackiw-Rebbi零模会表现出Mayorana零模的融合规则所不具备的非阿贝尔编织性质。这种不依赖于超导性和大能隙的可调谐特性可能为拓扑量子计算提供新的思路。

相关结果发表在《国家科学评论》(NSR)上，标题为“双频Aharonov-Bohm效应和jackiw-rebbi零模的非阿贝尔编织性质”。北京大学量子材料科学中心博士生吴怡佳为第一作者，Xi交通大学谢新成教授、刘杰副教授为通讯作者，其他合作者包括北京师范大学刘海文、苏州大学蒋华教授。