芯片上的黑洞：在固态系统中实现SYK模型的物理方案

具有随机无穷范围相互作用的马约拉纳零模系统——Sachdev-Ye-Kitaev（SYK）模型——被认为与二维反德西特（AdS$_2$）空间中极端黑洞的视界表现出引人入胜的联系。这一关联提供了一个可解量子力学模型与dilaton引力之间全息对偶的罕见例子。在此我们提出在固态系统中实现SYK模型的物理方案。所提出的装置采用在三维拓扑绝缘体（TI）与普通超导体界面处实现的Fu-Kane超导体。所需的$N$个马约拉纳零模束缚在超导体中制造的纳米级孔洞上，该孔洞被$N$个磁通量子穿过。我们表明，当系统调谐至表面中性点时（即化学势与TI表面态的狄拉克点重合）且孔洞具有足够不规则的形状时，马约拉纳零模由SYK哈密顿量描述。我们进行了广泛的数值模拟，以证明该系统确实展现出SYK模型预期的物理性质，包括热力学量和两点及四点关联函数，并讨论了实验中观测这些性质的方法。