論文の概要: Skyrmionic qubits stabilized by Dzyaloshinskii-Moriya interaction as platforms for qubits and quantum gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.12250v1
• Date: Sat, 15 Nov 2025 15:14:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-18 14:36:23.702502
• Title: Skyrmionic qubits stabilized by Dzyaloshinskii-Moriya interaction as platforms for qubits and quantum gates
• Title（参考訳）: Dzyaloshinskii-Moriya相互作用が量子ビットと量子ゲートのプラットフォームとして安定化する超イオン量子ビット
• Authors: Doru Sticlet, Romulus Tetean, Coriolan Tiusan,
• Abstract要約: 量子計算は、決定論的、ビットベースの処理という古典的なパラダイムからかけ離れている。 本稿では,ジアロシンスキー-モリヤ相互作用によって安定化されたスカイミオン状態に基づく量子化の枠組みを提案する。
• 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: Quantum computation departs from the classical paradigm of deterministic, bit-based processing by exploiting inherently quantum phenomena such as superposition and entanglement. We propose a framework for qubit realization based on skyrmionic states stabilized by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI) in two-dimensional spin lattices. The model incorporates competing exchange interactions, perpendicular magnetic anisotropy, and Zeeman coupling, solved via exact diagonalization under periodic (PBC) and open boundary conditions (OBC). A quantum skyrmionic phase emerges for PBC within a parameter space defined by DMI, exchange, field, and anisotropy, while OBC favor classical-like, topologically protected skyrmions. Quantum logic gates (Pauli X, Y, Z, Hadamard) are implemented on both skyrmion types. Energy density and entanglement entropy analyses reveal that quantum skyrmions suffer from DMI-driven decoherence and reduced gate fidelity, whereas classical-like skyrmions maintain stability. Exact simulations of qubit dynamics, including drive effects and Lindblad decoherence, demonstrate tunable anharmonic energy levels and coherent Bloch-sphere manipulation, making these skyrmionic states promising candidates for qubit implementation. Overall, the Dzyaloshinskii-Moriya interaction plays a dual role-stabilizing skyrmionic qubits while simultaneously inducing decoherence during gate operations.
• Abstract（参考訳）: 量子計算は、重ね合わせや絡み合いのような本質的に量子現象を活用することによって、決定論的、ビットベースの処理という古典的なパラダイムから逸脱する。 本研究では,2次元スピン格子におけるDMI(Dzyaloshinskii-Moriya interaction)により安定化されたスカイミオン状態に基づく量子化のためのフレームワークを提案する。 このモデルは、競合する交換相互作用、垂直磁気異方性、ゼーマン結合を周期的(PBC)と開境界条件(OBC)の下で正確に対角化することで解決する。 DMI、交換、電場、異方性によって定義されるパラメータ空間内のPBCに対して量子スノーミオン相が出現し、OBCは古典的、位相的に保護されたスカイミオンを好む。 両方のスカイミオンタイプに量子論理ゲート(Pauli X, Y, Z, Hadamard)が実装されている。 エネルギー密度とエンタングルメントエントロピー解析により、量子スノーミオンはDMI駆動のデコヒーレンスとゲートの忠実度を低下させるが、古典的なスノーミオンは安定性を維持する。 駆動効果やリンドブラッドのデコヒーレンスを含むキュービット力学の特別なシミュレーションは、チューナブルなアンハーモニックエネルギーレベルとコヒーレントなブロッホ球の操作を示し、これらのスカイミニオン状態はキュービットの実装の候補を約束する。 全体として、ジアロシンスキー-モリヤ相互作用は二重の役割安定化のスカイミオニオン量子ビットであり、同時にゲート操作中にデコヒーレンスを誘導する。

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