一种用于磁性隧道结玻尔兹曼机的Toffoli器件
介观与纳米尺度物理
2025-04-29 v1 应用物理
摘要
磁性隧道结(MTJ)在非传统计算应用中备受关注。Toffoli门是一种通用可逆逻辑门，能够构建任意布尔电路。在此，我们展示了一种器件的概念验证构造，该器件将Toffoli门的真值表编码为耦合单轴纳米磁体的基态，这些纳米磁体可以构成垂直磁化MTJ的自由层。此构造具有三个输入位、三个输出位和一个辅助位。我们数值模拟了七个宏自旋在随机Landau-Lifshitz-Gilbert (s-LLG)方程下的演化。我们研究了各向异性与交换耦合强度之比对器件工作的影响。我们发现，当时，仅通过LLG动力学，自旋就能演化到Toffoli门真值表配置；而更高的比值则因存在次优的亚稳态而需要热退火。在我们选择的退火程序下，包含热退火的s-LLG模拟在范围内实现了100%的成功率。构建基于MTJ自由层的Toffoli门的可行性凸显了其在设计新型MTJ基电路方面的潜力。
引用
@article{arxiv.2411.00203,
title = {A Toffoli Gadget for Magnetic Tunnel Junctions Boltzmann Machines},
author = {Dairong Chen and Augustin Couton Wyporek and Pierre Chailloleau and Ahmed Sidi El Valli and Flaviano Morone and Stephane Mangin and Jonathan Z. Sun and Dries Sels and Andrew D. Kent},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.00203},
year = {2025}
}