拓扑变化费米子浴存在下的量子隧穿

将量子粒子耦合到费米子浴会抑制粒子的隧穿振幅，即使在零温下也是如此。尽管这一效应对于带隙浴通常可忽略——这是超导量子比特的一个关键特征——，但浴有可能在粒子隧穿的势极小值附近带隙，而不同极小值对应于不同的浴拓扑。这迫使浴沿隧穿路径发生能隙闭合。本工作中，我们研究在此类拓扑变化费米子浴存在下的量子隧穿。我们为这一问题发展了一种场论，将 $d$ 空间维度浴中描述隧穿的瞬子与 $d+1$ 维系统的拓扑边界模相联系，从而在维度层级上提升一级。我们详细研究了一个 $d=1$ 的示例，其灵感来自平面约瑟夫森结，其中粒子坐标为超导相位，其值设定电子拓扑。我们发现拓扑变化以随系统尺寸指数标度的因子抑制隧穿。这转化为对最低能态能级劈裂的相应增强抑制，尽管这些态是势极小值附近（浴在此处带隙）态的线性组合。我们的结果有助于估计充电能对约瑟夫森效应产生的拓扑相的影响，反之亦有助于评估此类拓扑系统作为超导量子比特的潜在效用。对于中等尺寸的浴，隧穿的不完全抑制开启了具有不同拓扑的多体态的量子力学叠加的前景，包括含与不含马约拉纳费米子的态的叠加。