Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Quantification de la charge et criticalité quantique Kondo dans des circuits mésoscopiques avec peu de canaux

Zubair Iftikhar

Published Nov 21, 2016• 0 citations
Publisher

Abstract

This thesis explores several fundamental topics in mesoscopic circuitry that incorporates few electronic conduction channels. The first experiments address the quantized character (the discreteness) of charge in circuits. We demonstrate the charge quantization criterion, observe the predicted charge quantization scaling and demonstrate a crossover toward a universal behavior as temperature is increased. The second set of experiments addresses the unconventional quantum critical physics that arises in the multichannel Kondo model. By implementing a Kondo impurity with a pseudo-spin of ½ constituted by two degenerate charge states of a circuit, we explore the two- and three-channel Kondo physics. At the symmetric quantum critical point, we observe the predicted universal Kondo fixed points, scaling exponents and validate the full numerical renormalization group scaling curves. Away from the quantum critical point, we explore the crossover from quantum criticality: direct visualization of the development of a quantum phase transition, the parameter space for quantum criticality, as well as universality and scaling behaviors.

DOI
10.70675/ba9f45a9z4783z4d97za40dz88a27d287801

Related papers

Charge quantization and Kondo quantum criticality in few-channel mesoscopic circuits

Zubair Iftikhar

Quantification de la charge et criticalité quantique Kondo dans des circuits mésoscopiques avec peu de canaux Cette thèse explore plusieurs sujets fondamentaux pour les circuits mésoscopiques qui incorporent un faible nombre de canaux de conduction électroniques. Les premières expériences concernent le caractère quantifié (discret) de la charge dans les circuits. Nous démontrons le critère de quantification de la charge, nous observons la loi d’échelle prédite pour cette quantification ainsi qu’une transition vers comportement universel à mesure que la température augmente. Le second ensemble d’expériences concerne la physique critique quantique non-conventionnelle qui émerge du modèle Kondo à multi-canaux. Par l’implémentation d’une impureté Kondo avec un pseudo-spin de valeur ½ constitué de deux états de charge dégénérés d’un circuit, nous explorons la physique Kondo à deux- et trois-canaux. Au point critique quantique symétrique, nous observons les points fixes Kondo universels prédits, des exposants universels de lois d’échelle et nous validons les courbes complètes obtenues par le groupe de renormalisation numérique. En s’écartant du point critique quantique, nous explorons la transition depuis la zone critique quantique : par une visualisation directe du development d’une transition de phase quantique, par l’espace des paramètres de la zone critique quantique ainsi que par les comportements d’universalité et d’échelle.

•Nov 21, 2016•0 citations

Tunable quantum criticality and super-ballistic transport in a “charge” Kondo circuit

Zubair Iftikhar, A. Anthore, Andrew K. Mitchell +7 more

Quantum phase transitions (QPTs) are ubiquitous in strongly correlated materials. However, the microscopic complexity of these systems impedes the quantitative understanding of QPTs. We observed and thoroughly analyzed the rich strongly correlated physics in two profoundly dissimilar regimes of quantum criticality. With a circuit implementing a quantum simulator for the three-channel Kondo model, we reveal the universal scalings toward different low-temperature fixed points and along the multiple crossovers from quantum criticality. An unanticipated violation of the maximum conductance for ballistic free electrons is uncovered. The present charge pseudospin implementation of a Kondo impurity opens access to a broad variety of strongly correlated phenomena.

arXiv:1708.02542•Science•May 3, 2018•134 citations

Universality and Scaling in a Charge Two-Channel Kondo Device

Andrew K. Mitchell, L. Aviad Landau, Lars Fritz +1 more

We study a charge two-channel Kondo model, demonstrating that recent experiments [Z. Iftikhar et al, Nature (London) 526, 233 (2015)] realize an essentially perfect quantum simulation-not just of its universal physics, but also nonuniversal effects away from the scaling limit. Numerical renormalization group (RG) calculations yield conductance line shapes encoding RG flow to a critical point involving a free Majorana fermion. By mimicking the experimental protocol, the experimental curve is reproduced quantitatively over 9 orders of magnitude, although we show that far greater bandwidth/temperature separation is required to obtain the universal result. Fermi liquid instabilities are also studied: In particular, our exact analytic results for nonlinear conductance provide predictions away from thermal equilibrium, in the regime of existing experiments.

arXiv:1602.02093•Physical Review Letters•Apr 13, 2016•48 citations

Universal Crossover in the Three-Channel Charge Kondo Model at High Transparency

Nicolas Paris, N. Dupuis, Christophe Mora

Quantum impurity models provide a central framework for correlated electron physics, with quantum dots enabling controlled experimental realizations. While their weak-coupling behavior is well understood through mappings to Kondo Hamiltonians, the opposite regime of highly transparent contacts has lacked a controlled theoretical description. Using the functional renormalization group (FRG), we resolve this regime for the three-channel charge Kondo device of Iftikhar et al. [Tunable quantum criticality and super-ballistic transport in a "charge" Kondo circuit, Science 360, 1315 (2018)SCIEAS0036-807510.1126/science.aan5592], benchmarking against conformal field theory by reproducing the universal zero-frequency conductance and, crucially, going beyond it to obtain the full frequency crossover of the conductance and the full temperature crossover of the impurity entropy, together with a continuous line of fixed points for interacting leads. These results establish FRG as a powerful nonperturbative tool for quantum impurity problems in regimes inaccessible to conventional approaches, with direct implications for mesoscopic experiments.

arXiv:2509.03612•Physical Review Letters•Jan 26, 2026•3 citations

Microwaves as a probe of quantum dot circuits : from Kondo dynamics to mesoscopic quantum electrodynamics

Laure E. Bruhat

Les micro-ondes comme sonde des circuits de boîtes quantiques : de la dynamique Kondo à l’électrodynamique quantique mésoscopique Cette thèse utilise les micro-ondes pour étudier des circuits de boîtes quantiques à base de nanotubes de carbone. Dans une première expérience, l'excitation micro-onde est appliquée directement sur une électrode du circuit pour une boîte quantique dans le régime Kondo. Nous réalisons la première caractérisation fréquence-amplitude de la conductance Kondo à biais nul. Des données préliminaires sont en accord avec la prédiction d'universalité. Nous présentons deux autres expériences, où les boîtes quantiques sont insérées dans des résonateurs micro-ondes. Les photons de la cavité sondent la résistance de relaxation de charge et l'émission de photons dans une boîte quantique couplée à des réservoirs normaux et supraconducteurs, en présence de répulsion coulombienne. Nos observations valident une modélisation en termes de réponse linéaire du circuit. Nous présentons aussi la première implémentation d'une lame séparatrice à paires de Cooper en cavité. Le régime de couplage fort est atteint, une première avec des circuits de boîtes quantiques. Nos résultats renforcent l'idée que l'électrodynamique quantique mésoscopique est une boîte à outils fructueuse, aussi bien dans le contexte du domaine du transport quantique que dans celui de l'information quantique.

•Apr 1, 2016•0 citations

Multichannel Pseudogap Kondo Model: Large- N Solution and Quantum-Critical Dynamics

Matthias Vojta C

We discuss a multichannel SU(N) Kondo model which displays nontrivial zero-temperature phase transitions due to a conduction electron density of states vanishing with a power law at the Fermi level. In a particular large- N limit, the system is described by coupled integral equations corresponding to a dynamic saddle point. We exactly determine the universal low-energy behavior of spectral densities at the scale-invariant fixed points, obtain anomalous exponents, and compute scaling functions describing the crossover near the quantum-critical points. We argue that our findings are relevant to recent experiments on impurity-doped d-wave superconductors.

arXiv:cond-mat/0102089•Physical Review Letters•Aug 9, 2001•27 citations
This thesis explores several fundamental topics in mesoscopic circuitry that incorporates few electronic conduction channels. The first experiments address the quantized character (the discreteness) of charge in circuits. We demonstrate the charge quantization criterion, observe the predicted charge quantization scaling and demonstrate a crossover toward a universal behavior as temperature is increased. The second set of experiments addresses the unconventional quantum critical physics that arises in the multichannel Kondo model. By implementing a Kondo impurity with a pseudo-spin of ½ constituted by two degenerate charge states of a circuit, we explore the two- and three-channel Kondo physics. At the symmetric quantum critical point, we observe the predicted universal Kondo fixed points, scaling exponents and validate the full numerical renormalization group scaling curves. Away from the quantum critical point, we explore the crossover from quantum criticality: direct visualization of the development of a quantum phase transition, the parameter space for quantum criticality, as well as universality and scaling behaviors.
Quantification de la charge et criticalité quantique Kondo dans des circuits mésoscopiques avec peu de canaux Cette thèse explore plusieurs sujets fondamentaux pour les circuits mésoscopiques qui incorporent un faible nombre de canaux de conduction électroniques. Les premières expériences concernent le caractère quantifié (discret) de la charge dans les circuits. Nous démontrons le critère de quantification de la charge, nous observons la loi d’échelle prédite pour cette quantification ainsi qu’une transition vers comportement universel à mesure que la température augmente. Le second ensemble d’expériences concerne la physique critique quantique non-conventionnelle qui émerge du modèle Kondo à multi-canaux. Par l’implémentation d’une impureté Kondo avec un pseudo-spin de valeur ½ constitué de deux états de charge dégénérés d’un circuit, nous explorons la physique Kondo à deux- et trois-canaux. Au point critique quantique symétrique, nous observons les points fixes Kondo universels prédits, des exposants universels de lois d’échelle et nous validons les courbes complètes obtenues par le groupe de renormalisation numérique. En s’écartant du point critique quantique, nous explorons la transition depuis la zone critique quantique : par une visualisation directe du development d’une transition de phase quantique, par l’espace des paramètres de la zone critique quantique ainsi que par les comportements d’universalité et d’échelle.
Quantum phase transitions (QPTs) are ubiquitous in strongly correlated materials. However, the microscopic complexity of these systems impedes the quantitative understanding of QPTs. We observed and thoroughly analyzed the rich strongly correlated physics in two profoundly dissimilar regimes of quantum criticality. With a circuit implementing a quantum simulator for the three-channel Kondo model, we reveal the universal scalings toward different low-temperature fixed points and along the multiple crossovers from quantum criticality. An unanticipated violation of the maximum conductance for ballistic free electrons is uncovered. The present charge pseudospin implementation of a Kondo impurity opens access to a broad variety of strongly correlated phenomena.
We study a charge two-channel Kondo model, demonstrating that recent experiments [Z. Iftikhar et al, Nature (London) 526, 233 (2015)] realize an essentially perfect quantum simulation-not just of its universal physics, but also nonuniversal effects away from the scaling limit. Numerical renormalization group (RG) calculations yield conductance line shapes encoding RG flow to a critical point involving a free Majorana fermion. By mimicking the experimental protocol, the experimental curve is reproduced quantitatively over 9 orders of magnitude, although we show that far greater bandwidth/temperature separation is required to obtain the universal result. Fermi liquid instabilities are also studied: In particular, our exact analytic results for nonlinear conductance provide predictions away from thermal equilibrium, in the regime of existing experiments.
Quantum impurity models provide a central framework for correlated electron physics, with quantum dots enabling controlled experimental realizations. While their weak-coupling behavior is well understood through mappings to Kondo Hamiltonians, the opposite regime of highly transparent contacts has lacked a controlled theoretical description. Using the functional renormalization group (FRG), we resolve this regime for the three-channel charge Kondo device of Iftikhar et al. [Tunable quantum criticality and super-ballistic transport in a "charge" Kondo circuit, Science 360, 1315 (2018)SCIEAS0036-807510.1126/science.aan5592], benchmarking against conformal field theory by reproducing the universal zero-frequency conductance and, crucially, going beyond it to obtain the full frequency crossover of the conductance and the full temperature crossover of the impurity entropy, together with a continuous line of fixed points for interacting leads. These results establish FRG as a powerful nonperturbative tool for quantum impurity problems in regimes inaccessible to conventional approaches, with direct implications for mesoscopic experiments.
Les micro-ondes comme sonde des circuits de boîtes quantiques : de la dynamique Kondo à l’électrodynamique quantique mésoscopique Cette thèse utilise les micro-ondes pour étudier des circuits de boîtes quantiques à base de nanotubes de carbone. Dans une première expérience, l'excitation micro-onde est appliquée directement sur une électrode du circuit pour une boîte quantique dans le régime Kondo. Nous réalisons la première caractérisation fréquence-amplitude de la conductance Kondo à biais nul. Des données préliminaires sont en accord avec la prédiction d'universalité. Nous présentons deux autres expériences, où les boîtes quantiques sont insérées dans des résonateurs micro-ondes. Les photons de la cavité sondent la résistance de relaxation de charge et l'émission de photons dans une boîte quantique couplée à des réservoirs normaux et supraconducteurs, en présence de répulsion coulombienne. Nos observations valident une modélisation en termes de réponse linéaire du circuit. Nous présentons aussi la première implémentation d'une lame séparatrice à paires de Cooper en cavité. Le régime de couplage fort est atteint, une première avec des circuits de boîtes quantiques. Nos résultats renforcent l'idée que l'électrodynamique quantique mésoscopique est une boîte à outils fructueuse, aussi bien dans le contexte du domaine du transport quantique que dans celui de l'information quantique.
We discuss a multichannel SU(N) Kondo model which displays nontrivial zero-temperature phase transitions due to a conduction electron density of states vanishing with a power law at the Fermi level. In a particular large- N limit, the system is described by coupled integral equations corresponding to a dynamic saddle point. We exactly determine the universal low-energy behavior of spectral densities at the scale-invariant fixed points, obtain anomalous exponents, and compute scaling functions describing the crossover near the quantum-critical points. We argue that our findings are relevant to recent experiments on impurity-doped d-wave superconductors.