論文の概要: Quantum Skyrmion Qudit in a Triangular-lattice magnet

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.02185v2
• Date: Fri, 08 Aug 2025 09:06:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-11 20:39:05.9004
• Title: Quantum Skyrmion Qudit in a Triangular-lattice magnet
• Title（参考訳）: 三角形格子磁石における量子スカイミリオン量子
• Authors: D. Maroulakos, A. Wal, A. Ugulava, O. Kharshiladze, L. Chotorlishvili,
• Abstract要約: フラストレーション磁石では、スカイミオンは量子情報を格納できるヘリカルな自由度によって特徴づけられる。 弱電場の極限では、この系は2レベル系、すなわちスカイミオン量子ビットとして記述できる。 我々は、系の状態が以前考えられていたようなスカイミオンキュービットではなく、スカイミオンキュービットであることを証明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Since the pioneering work Lohani et. al., Phys. Rev. X 9, 041063 (2019), it became clear that quantum skyrmions have highly unusual properties as compared to the classical skyrmions and, due to their quantumness, cannot be described by continuous magnetic textures akin to the classical skyrmions. Competing nearest-neighbor and next-nearest-neighbor ferromagnetic and antiferromagnetic interactions in triangular spin-frustrated magnets lead to the formation of quantum skyrmion states. In frustrated magnets, skyrmions are characterized by the helical degree of freedom, which can store quantum information. In the limit of a weak electric field, the system can be described as a two-level system, i.e., a skyrmion qubit. Here, we propose a more general formulation of the problem and obtain general analytic solution of the model previously introduced in Psaroudaki et. al., Phys. Rev. Lett. 127, 067201 (2021). Our solution is valid not only for small barrier but for the arbitrary electric field. In the case of a significant barrier, we prove that the system's state is not a Skyrmion qubit as it was thought before, but a Skyrmion qudit. We constructed the density matrix of the Skyrmion qudit and studied its evolution in time. The obtained results suggest that the proposed model can be exploited further to meet the needs of quantum information theory and quantum skyrmionics. We showed that the $l_1$ norm of coherence of the skyrmion quantum qudit is a thousand times larger than the coherence of the skyrmion quantum qubit. The obtained result opens new perspectives for quantum skyrmion-based resource theory.
• Abstract（参考訳）: 先駆的な作品『Lohani et al , Phys』以来。 X 9 041063 (2019) は古典的なスカイミオンと比較して非常に特異な性質を持つことが明らかとなり、その量子性は古典的なスカイミオンに似た連続的な磁気テクスチャでは説明できない。 隣接する隣人や隣人同士の強磁性と反強磁性の相互作用に競合する三角形のスピンフラストレーション磁石は、量子スミリオン状態を形成する。 フラストレーション磁石では、スカイミオンは量子情報を格納できるヘリカルな自由度によって特徴づけられる。 弱電場の極限では、この系は2レベル系、すなわちスカイミオン量子ビットとして記述できる。 ここでは、この問題のより一般的な定式化を提案し、以前にPsaroudaki et al , Physで導入されたモデルの一般的な解析解を得る。 レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・レヴ・ 127, 067201 (2021)。 我々の解は小さな障壁だけでなく任意の電場に対しても有効である。 重要な障壁の場合、系の状態は以前考えられていたようなスカイミオンキュービットではなく、スカイミオンキュービットであることが証明される。 我々はスカイミオン・クディットの密度行列を構築し、その進化を時間とともに研究した。 以上の結果から,提案モデルは量子情報理論や量子スカイミニオンのニーズを満たすためにさらに活用できることが示唆された。 我々は、スカイミオン量子quditのコヒーレンスに関する$l_1$ノルムが、スカイミオン量子qubitのコヒーレンスよりも1000倍大きいことを示した。 得られた結果は、量子スカイミオンに基づく資源理論の新しい視点を開く。

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