利用斯格明子高度局域化控制场实现自旋与自旋系综的近端量子控制
介观与纳米尺度物理
2025-08-27 v1 量子物理
摘要
基于自旋态的可扩展量子计算需要单个自旋量子比特的选择性控制。实现高保真度的单量子比特门和双量子比特门（通用量子计算机的基本组件）需要高度局域化的控制场，这些场必须能够寻址特定的自旋量子比特，同时最小化门误差和相邻量子比特中的串扰。在缺乏基本磁单极子的情况下，我们引入了一种结合发散与会聚纳米尺度磁性斯格明子的技术，从而产生一个精确的控制场，以高保真度操纵自旋量子比特。我们提出使用二维斯格明子，它是三维hedgehog结构的二维类似物。后者是涌现磁单极子，但难以制造；而二维斯格明子则可以利用标准半导体代工厂工艺制造。我们对近端斯格明子和纳米磁体场景下的密度矩阵演化和门保真度进行比较分析，结果表明门的潜在保真度超过99.95%，门超过99.90%。值得注意的是，斯格明子构型在相邻自旋量子比特上产生的场显著更低——与在受控量子比特上产生相同场的纳米磁体相比，相邻量子比特上的场小15倍——因此通过减少相邻量子比特中的干扰，使其成为可扩展量子控制架构的更合适候选方案。
引用
@article{arxiv.2401.00573,
title = {Proximal quantum control of spin and spin ensemble with highly localized control field from skyrmions},
author = {Md Fahim F Chowdhury and Mohamad Niknam and Md Mahadi Rajib and Louis S. Bouchard and Jayasimha Atulasimha},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.00573},
year = {2025}
}