通过拓扑绝缘体螺旋边缘态的相干自旋输运

我们研究了通过隧穿耦合到金属引线的拓扑绝缘体螺旋边缘态的相干自旋输运。我们证明，只要边缘包含至少一个磁性杂质，非极化入射电子束在通过该装置透射后会获得有限极化。该有限极化甚至在全经典 regime 下也会出现，因而对退相干具有鲁棒性。还存在一个量子磁可调的对极化的贡献，其作为磁通的函数显示出尖锐且相同的Aharonov-Bohm共振——周期为 $hc/2e$——并在相对高温下存活。我们证明该隧穿干涉仪可用磁通可调量子比特系综描述，这些量子比特对电导和自旋极化给出相等贡献。参与电荷与自旋输运的活跃量子比特数目由温度与能级间距之比给出。该干涉仪可在高温下有效工作并可用于量子计算。特别地，该量子比特系综可用单一Hadamard算符描述。所得结果为量子计算领域的应用开辟了广阔途径。