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Nonlocal Edge Mode Hybridization in the Long-Range Interacting Kitaev Chain

Haink, David und Buchheit, Andreas A. und Weitenberg, Christof und Fauseweh, Benedikt (2026) Nonlocal Edge Mode Hybridization in the Long-Range Interacting Kitaev Chain. Physical Review Letters, 137 (14). American Physical Society. doi: 10.1103/2jg3-rrrq. ISSN 0031-9007.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
607kB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1103/2jg3-rrrq

Kurzfassung

In one-dimensional $p$-wave superconductors with short-range interactions, topologically protected Majorana modes emerge, whose mass decays exponentially with system size, as first shown by Kitaev. In this Letter, we extend this prototypical model by including power law long-range interactions within a self-consistent framework, leading to the self-consistent long-range Kitaev chain (seco-LRKC). In this model, the gap matrix acquires a rich structure where short-range superconducting correlations coexist with long-range correlations that are exponentially localized at both chain edges simultaneously. As a direct consequence, the topological edge modes hybridize even if their wave function overlap vanishes, and the edge mode mass inherits the asymptotic scaling of the interaction. In contrast to models with imposed power law pairing, where massive Dirac modes emerge for exponents $\nu<d$, we analytically motivate and numerically demonstrate that, in the fully self-consistent model, algebraic edge mode decay with system size persists for all interaction exponents $\nu>d$, despite exponential wave function localization. While the edge mode remains massless in the thermodynamic limit, finite-size corrections can be experimentally relevant in mesoscopic systems with effective long-range interactions that decay sufficiently slowly. Our findings have direct implications for quantum simulations of ultracold microwave-shielded dipolar molecules in one-dimensional optical lattices.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227459/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Nonlocal Edge Mode Hybridization in the Long-Range Interacting Kitaev Chain
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Haink, Daviddavid.haink (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-1573-6034229942020
Buchheit, Andreas A.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-4004-713XNICHT SPEZIFIZIERT
Weitenberg, ChristofNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-9301-2067NICHT SPEZIFIZIERT
Fauseweh, BenediktBenedikt.Fauseweh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:29 September 2026
Erschienen in:Physical Review Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:137
DOI:10.1103/2jg3-rrrq
Verlag:American Physical Society
ISSN:0031-9007
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Topological quantum computing, Topological superconductors, Majorana fermions
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC MA - Management
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - QFP-Projekt
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Haink, David
Hinterlegt am:14 Okt 2026 11:43
Letzte Änderung:21 Okt 2026 14:31

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