論文の概要: Competing interlayer charge order and quantum monopole reorganisation in bilayer kagome spin ice via quantum annealing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.27826v1
• Date: Sun, 29 Mar 2026 19:35:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-31 23:18:45.135403
• Title: Competing interlayer charge order and quantum monopole reorganisation in bilayer kagome spin ice via quantum annealing
• Title（参考訳）: 量子アニール法による二層状かごめスピン氷の層間電荷秩序と量子モノポール再構成
• Authors: Kumar Ghosh,
• Abstract要約: 我々は、D-Wave Advantage2量子アニールのネイティブ2層構造を利用して、最初のプログラム可能な2面カゴメスピンアイスを実現する。 層間交換は強誘電率から反強誘電率への急激な遷移を駆動し, 古典的あるいは単層的なアナログを持たないIce-II相が得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Magnetic monopoles in frustrated magnets are paradigmatic fractionalised quasiparticles, yet no experimental platform simultaneously tunes their confinement and preserves ice-rule physics. Here we exploit the native bilayer architecture of a D-Wave Advantage2 quantum annealer to realise the first programmable two-plane kagome spin ice, spanning $1{,}536$ logical spins across a $4\times13\times14$ grid of system size, interlayer coupling, and quantum drive. We find that interlayer exchange drives a sharp transition from ferroelectric to antiferroelectric staggered charge order, an Ice-II phase with no classical or single-layer analogue, with a critical onset at $(J_{\perp}/J_1)^{*} \approx 0.044$ that is stable across five decades of annealing time. Restricting the charge structure factor to ice-rule plaquettes reveals an order-of-magnitude enhancement over conventional all-plaquette estimators, demonstrating that quantum-selected charge order is invisible to defect-diluted probes and establishing a methodological standard for future quantum spin ice experiments. The quantum renormalisation of the monopole chemical potential sets a concrete engineering target for the transmon circuit-QED kagome ice required to enter the monopole deconfinement regime. Three falsifiable predictions follow for existing Ni$_{81}$Fe$_{19}$ nanowire bilayer architectures: a critical interlayer separation, an elevated monopole activation temperature, and an order-of-magnitude enhancement of the Ice-II signal in published X-ray datasets, all testable without new fabrication.
• Abstract（参考訳）: フラストレーション磁石における磁気モノポールは、パラダイム的な分数化準粒子であるが、その閉じ込めを同時に調整し、氷-ルール物理学を保存する実験的なプラットフォームは存在しない。 ここでは、D-Wave Advantage2量子アニアラーのネイティブ2層構造を利用して、最初のプログラム可能な2面のカゴメスピンアイスを実現し、システムサイズ、層間結合、量子ドライブのグリッドの4倍の論理スピンに1{,}536$をまたがる。 層間交換は強誘電率から反強誘電率への急激な遷移を駆動し, 古典的あるいは単層的なアナログを持たないIce-II相は, 臨界オンセットが$(J_{\perp}/J_1)^{*} \approx 0.044$であり, 5年間のアニール時間で安定であることがわかった。 電荷構造因子を氷核プラケットに制限すると、従来の全プラケット推定器よりも高次化が示され、量子選択電荷の順序が欠陥拡散プローブには見えないことが示され、将来の量子スピンアイス実験の方法論標準が確立される。 モノポール化学ポテンシャルの量子的再正規化は、モノポール分解状態に入るために必要なトランスモン回路QEDカゴメ氷の具体的な工学的目標を定めている。 既存のNi$_{81}$Fe$_{19}$ナノワイヤ二層構造: 臨界層間分離、モノポール活性化温度の上昇、および公表されたX線データセットにおけるIce-II信号の高次化。

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