Все выпуски

Последние 15 лет в физической литературе активно изучаются майорановские локализованные состояния (МЛС) и сопутствующие их возникновению явления, такие, как изменение кондактанса и эффект Джозефсона, что обусловлено вероятным применением МЛС при создании квантового компьютера. В статье изучены собственные функции одномерного оператора Боголюбова-де Жена с дельтаобразным потенциалом в нуле, описывающие локализованные состояния с энергией в лакуне спектра (сверхпроводящей щели). Найдены вероятности прохождения в задаче рассеяния для этого оператора, когда энергии близки к границе сверхпроводящей щели. Эти задачи исследовались как для единого на всей прямой сверхпроводящего порядка, определяемого вещественной константой $\Delta,$ так и для сверхпроводящего порядка, определяемого функцией $\Delta \theta (-x)+\Delta e^{i\varphi} \theta (x)$ для $\varphi=0,\pi$ (т.е. для нулевого сверхпроводящего тока и тока, близкого к критическому). Используемый гамильтониан можно рассматривать как простейшую модель перехода Джозефсона. Доказано, что в обоих случаях существуют два МЛС, но лишь при определенных значениях параметров, т.е. МЛС неустойчивы. При этом вероятность прохождения равна нулю в обоих случаях.

For the last 15 years, Majorana bounded states (MBSs) and associated phenomena, such as variation of conductance and the Josephson effect, have been actively studied in the physical literature. Research in this direction is motivated by a highly probable use of MBSs in quantum computing. The article studies the eigenfunctions of the one-dimensional Bogolyubov-de Gennes operator with a delta-shaped potential at zero, describing localized states with energy in the spectral gap (superconducting gap). The transmission probabilities are found in the scattering problem for this operator, when the energies are close to the boundary of the superconducting gap. These problems are studied both for a superconducting order that is the only one on the whole straight line and is defined by the real constant $\Delta,$ and for a superconducting order defined by the function $\Delta\theta(-x)+\Delta e^{i\varphi}\theta(x)$ for $\varphi=0,\pi$ (i.e., for zero superconducting current and for current close to critical). The Hamiltonian used can be considered as the simplest model of the Josephson junction. It is proved that in both cases there are two MBSs, but with certain values of the parameters, i.e., MBSs are unstable. Moreover, the probability of passage is zero in both cases.

Под термином «размыкание предиката» понимается сведение задачи поиска и изучения свойств множества истинности заданного предиката к задаче поиска и изучения свойств неподвижных точек некоторого отображения. Размыкание предиката дает дополнительные возможность анализа его множества истинности, а также позволяет строить элементы этого множества с теми или иными свойствами. Известны примеры размыкания нетривиальных предикатов, таких как предикат «быть стабильным (слабо инвариантным) множеством», предикат «быть неупреждающим селектором», предикат «быть седловой точкой», предикат «быть равновесием Нэша». В упомянутых случаях вопрос об априорной оценке возможности размыкания того или иного интересующего нас предиката и о построении соответствующего размыкающего отображения оставался за рамками рассмотрения: размыкающие отображения предоставлялись как готовые объекты. В предлагаемой заметке мы постараемся отчасти закрыть этот пробел: приводятся формальное определение операции размыкания предиката, способы построения и исчисления размыкающих отображений и их основные свойства. Описываемый подход примен\'им во всех упомянутых выше положительных примерах. В качестве иллюстрации проведено следующее этому способу построение размыкающего отображения для предиката «быть нэшевским равновесием».

The term “predicate unlocking” is understood as the reduction of the problem of finding and studying the set of truth of a predicate to the problem of finding and studying the set of fix points of a map. Predicate unlocking provides opportunities for additional investigation of the truth set and also allows one to build the elements of this set with particular properties. There are examples of nontrivial predicate unlocking such as: the predicate “be a stable (weakly invariant) set”, the predicate “be a nonanticipatory selector”, the predicate “be a saddle point”, and the predicate “be a Nash equilibrium”. In these cases, the question of the a priori evaluation of the possibility of unlocking this or other predicate of interest and the question of constructing a corresponding unlocking map remained beyond consideration: the unlocking mappings were provided as ready-made objects. In this note we try to partly close this gap: we provide a formal definition of the predicate unlocking operation, methods for constructing and calculating of the unlocking mappings and their basic properties. As an illustration, the “routine” construction of unlocking mapping for the predicate “be a Nash equilibrium” is carried out. The described approach is far from universality, but, at least, it can be applied to all aforementioned positive examples.

Рассматривается гамильтониан Боголюбова – де Жена, возмущенный малым потенциалом, описывающий квазичастицы вида «электрон плюс дырка», в частности андреевские локализованные состояния (АЛС) в одномерной сверхпроводящей структуре при наличии примеси. Интерес к упомянутым квазичастицам резко возрос в последние 15-20 лет благодаря открытию в топологических сверхпроводниках майорановских локализованных состояний (МЛС). МЛС представляют собой устойчивые к внешним воздействиям нейтральные квазичастицы с нулевой энергией, весьма перспективные для будущего использования в квантовых вычислениях. Исследование возникновения и поведения, в зависимости от параметров системы и топологической фазы, АЛС, описываемых собственными функциями гамильтониана Боголюбова – де Жена, интересно как с математической точки зрения, в сравнении с обычным оператором Шрёдингера, так и с физической, поскольку может прояснить предпосылки возникновения МЛС в топологически нетривиальной фазе и майораноподобных состояний (часто играющих роль МЛС) в топологически тривиальной фазе. Изучение рассеяния интересно тем, что вероятность прохождения квазичастицы через потенциальный барьер пропорциональна кондактансу, который можно измерить в эксперименте, что в принципе дает возможность связать величину кондактанса с наличием АЛС. В статье найдены условия возникновения собственных значений (энергий квазичастиц) в сверхпроводящей щели, имеющейся в непрерывном спектре гамильтониана, а также их зависимость от параметров как в топологически нетривиальной, так и в топологически тривиальной фазах. Кроме того, исследована задача рассеяния для энергий вблизи границы щели; в частности, найдена вероятность прохождения квазичастицы через потенциальный барьер как функция от параметров системы.

We consider the Bogolyubov – de Gennes Hamiltonian perturbed by a small potential, which describes quasiparticles of electron-hole type, in particular, Andreev bound states (ABSs) in a one-dimensional superconducting structure in the presence of an impurity. In the last 15-20 years, interest in such quasiparticles has increased sharply due to the discovery of Majorana bound states (MBSs) in topological superconductors. MBSs are neutral zero-energy quasiparticles resistant to external influences, which are very promising for future use in quantum computing. The study of the appearance and behavior, depending on the system parameters and the topological phase, of ABSs described by the eigenfunctions of the Bogolyubov – de Gennes Hamiltonian, is interesting both from a mathematical point of view, in comparison with the usual Schrödinger operator, and from a physical point of view, since it can clarify prerequisites for the occurrence of MBSs in the topologically nontrivial phase and marjoram-like states (often playing the role of MBSs) in the topologically trivial phase. The study of scattering is interesting due to the fact that the probability of a quasiparticle transmission through a potential barrier is proportional to the conductance, that can be measured experimentally, which in principle makes it possible to relate the conductance to the presence of ABS. In the paper, the conditions for the appearance of eigenvalues (energies of quasiparticles) in the superconducting gap in the continuous spectrum of the Hamiltonian, as well as their dependence on the parameters in both the topological nontrivial and topologically trivial phases, are found. In addition, the scattering problem for energies near the edge of the gap has been investigated, in particular, the probability of a quasiparticle transmission through a potential barrier as a function of system parameters has been found.

Рассматривается задача распознавания рукописных текстов с растровых изображений. Описывается метод восстановления последовательности записи рукописного текста, который позволит свести задачу offline-распознавания к задаче online-распознавания. Метод заключается в поиске эйлерова пути с минимальным весом в графе скелета рукописных символов. В качестве весов рассматриваются некоторые числовые характеристики, отражающие сложность перехода из одного ребра в другое через общую вершину. Для этого строится таблица всевозможных комбинаций пар. При отсутствии в исходном графе эйлерова пути выполняется поиск пути с минимальным числом разрывов. Для разбиения ребер на пары и вычисления весов в вершинах нечетной кратности вводится понятие виртуального ребра, переход по которому означает образование разрыва в пути. Рассматривается алгоритм поиска пути в скелете символа, основанный на алгоритме Флери поиска эйлерова пути.

The article deals with the problem of recognizing handwritten texts from raster images. A method to recover the sequence of records in a handwritten text is described, that will reduce the task of offline-recognition to the task of online-recognition. The method is based on finding the Eulerian path with the minimum weight in the handwritten symbol skeleton graph. Some numerical characteristics are considered as weights, they show the complexity of the transition from one edge to another through a common vertex. A table of all possible combinations of pairs is constructed for this purpose. If there isn't Eulerian path in the original graph, the path is searched with the minimum number of breaks. The definition of a virtual edge is introduced, the transition on it is the formation of a gap in the path. It is necessary to split edges into pairs and calculate the weights at the vertices of odd multiplicity. The pathfinding algorithm in the skeleton of a symbol is considered, it is based on the Fleury's algorithm of searching Eulerian path.

Работа посвящена изучению устойчивости стационарных локализованных мод (солитонов щелевого типа) в одномерном нелинейном уравнении Шрёдингера (НУШ) с периодическим потенциалом и отталкивающей нелинейностью. Рассмотрены два класса решений: связанное состояние пары простейших щелевых солитонов из первой запрещенной зоны линейного спектра, находящихся в одной фазе или в противофазе и разделенных некоторым количеством пустых потенциальных ям. Для таких решений с помощью метода коллокации Фурье (Fourier collocation method) и метода функции Эванса (Evans function method) посчитаны линейные спектры задачи об устойчивости. Обнаружено, что если число разделяющих потенциальных ям между щелевыми солитонами нечетно (четно), то решения в одной фазе (в противофазе) экспоненциально неустойчивы. В этом случае, действительные части неустойчивых собственных значений в соответствующих спектрах экспоненциально убывают с ростом числа разделяющих периодов между щелевыми солитонами. С другой стороны, если число разделяющих потенциальных ям четно (нечетно), то решения в одной фазе (в противофазе) линейно устойчивы вдали от верхней границы первой запрещенной зоны, либо демонстрируют слабую осцилляторную неустойчивость вблизи границы запрещенной зоны. Для проверки результатов линейного анализа, был проведен численный счет НУШ с помощью конечно-разностной схемы. В результате эволюции, все рассмотренные в работе экспоненциально неустойчивые щелевые солитоны деформировались в пульсирующие объекты, тогда как устойчивые решения сохранили свой профиль в течение всего времени эксперимента.

The work is devoted to numerical investigation of stability of stationary localized modes (“gap solitons”) for the one-dimentional nonlinear Schrödinger equation (NLSE) with periodic potential and repulsive nonlinearity. Two classes of the modes are considered: a bound state of a pair of in-phase and out-of-phase fundamental gap solitons (FGSs) from the first bandgap separated by various numbers of empty potential wells. Using the standard framework of linear stability analysis, we computed the linear spectra for the gap solitons by means of the Fourier collocation method and the Evans function method. We found that the gap solitons of the first and second classes are exponentially unstable for odd and even numbers of separating periods of the potential, respectively. The real parts of unstable eigenvalues in corresponding spectra decay exponentially with the distance between FGSs. On the contrary, we observed that the modes of the first and second classes are either linearly stable or exhibit weak oscillatory instabilities if the number of empty potential wells separating FGSs is even and odd, respectively. In both cases, the oscillatory instabilities arise in some vicinity of upper bandgap edge. In order to check the linear stability results, we fulfilled numerical simulations for the time-dependent NLSE by means of a finite-difference scheme. As a result, all the considered exponentially unstable solutions have been deformed to long-lived pulsating formations whereas stable solutions conserved their shapes for a long time.