論文の概要: Universal quantum computation based on nanoscale skyrmion helicity qubits in frustrated magnets

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.04589v1
• Date: Sun, 10 Apr 2022 03:30:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-17 16:37:34.063936
• Title: Universal quantum computation based on nanoscale skyrmion helicity qubits in frustrated magnets
• Title（参考訳）: ナノスケールskyrmion helicity qubitsを用いたフラストレーションマグネットの普遍量子計算
• Authors: Jing Xia, Xichao Zhang, Xiaoxi Liu, Yan Zhou, Motohiko Ezawa
• Abstract要約: フラストレーション磁石におけるブロッホ型ナノスケールスカイミオンの2重縮退に基づく量子ビットを構築した。 汎用量子計算は多層系におけるナノスケールのスカイミオンに基づいて可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.282497232775391
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Skyrmions in frustrated magnets have the helicity degree of freedom, where two different configurations of Bloch-type skyrmions are energetically favored by the magnetic dipole-dipole interaction and characterized by opposite helicities. A skyrmion must become a quantum-mechanical object when its radius is of the order of nanometer. We construct a qubit based on the two-fold degeneracy of the Bloch-type nanoscale skyrmions in frustrated magnets. It is shown that the universal quantum computation is possible based on nanoscale skyrmions in a multilayered system. We explicitly show how to construct the $\pi /4$ phase-shift gate, the Hadamard gate, and the CNOT gate. The one-qubit quantum gates are materialized by temporally controlling the electric field and the spin current. The two-qubit gate is materialized with the use of the Ising-type exchange coupling by controlling the distance between the skyrmion centers in two adjacent layers. The merit of the present mechanism is that an external magnetic field is not necessary. Our results may open a possible way toward universal quantum computations based on nanoscale topological spin textures.
• Abstract（参考訳）: フラストレーション磁石のスカイミオンは、磁気双極子-双極子相互作用によって2つの異なるBloch型スカイミオンがエネルギー的に好まれ、反対のヘリシティによって特徴づけられるヘリシティ自由度を持つ。 スカイミオンは、その半径がナノメートルの順序であるとき、量子力学的対象となる必要がある。 フラストレーション磁石におけるブロッホ型ナノスケールスカイミオンの2重縮退に基づく量子ビットを構築した。 多層系におけるナノスケールスキャミオンに基づく普遍量子計算が可能であることが示されている。 我々は、$\pi /4$の位相シフトゲート、アダマールゲート、CNOTゲートを構築する方法を明確に示す。 1量子ビット量子ゲートは、電界とスピン電流を時間的に制御することによって実現される。 2量子ゲートは、2つの隣接層におけるスカイミオン中心間の距離を制御し、イジン型交換結合を用いて実現される。 この機構の利点は、外部磁場を必要としないことである。 この結果は、ナノスケール位相スピンテクスチャに基づく普遍量子計算への可能性を開くかもしれない。

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